恩智浦半导体推出的全新汽车级无刷直流电机控制 MCU
恩智浦半导体推出的全新电机控制 MCU 系列旨在“加速”无刷直流 (BLDC) 和其他电机，这些电机在现代汽车和工业电机驱动器中的应用越来越广泛。
虽然其 S32K 系列 MCU 的目标是电动汽车 (EV) 核心的牵引电机，但这家汽车芯片巨头表示，新的 S32M2 主要关注汽车中使用的各种其他电机，用于自动打开和关闭行李箱或车窗以及调整座椅位置或侧后视镜。S32M24x 和 S32M27x 没有使用与 S32K 相同的片上系统 (SoC) 方法，而是在专为电机控制而设计的系统级封装 (SiP) 内提供了广泛的电源和模拟功能。
S32M2 的核心是主频高达 80 MHz 的单核 Cortex-M4 CPU 或主频为 120 MHz 的 Cortex-M7，并配有单精度浮点单元 (FPU)。这使得它比前代产品具有更高的性能，可以处理更先进的电机控制软件，这些软件可以随着时间的推移进行更新，以更安静、更高效地运行电机。MCU 还配有 128 kB 至 1 MB 片上存储器。
恩智浦表示，通过将用于驱动电机的电源电路和控制电机的模拟电路集成在 64 引脚 LQFP 封装中，S32M2 节省了印刷电路板 (PCB) 的空间并降低了设计风险。
用于高级电机控制的新型 MCU
与多种类型的“有刷”电机相比，BLDC 电机和永磁同步电机 (PMSM)因更小、更轻、更安静且更坚固而脱颖而出。
尽管他们也宣传更高的耐用性和更好的能效，但也存在权衡。由于它使用电子电机控制，因此将 BLDC 电机集成到系统中往往是一项更加复杂的任务。
大多数电动机的旋转是由磁场的相互作用产生的，磁场的相互作用是由转子电动机的旋转部分和定子电动机的固定部分产生的。一组或两组这些磁铁由缠绕在磁芯上的线圈制成。流经绕组的电流会产生磁场，为电机提供动力。
在有刷直流电机中，电流通过形成转子的线圈，产生磁场。当每个线圈与其周围具有相同极性的永磁体相斥并被拉向具有相反极性的磁体时，电机绕组开始旋转。为了保持旋转，需要不断地反转电流，以便线圈中磁场的极性不断翻转，从而使线圈“追逐”放置在其周围的永磁体。
线圈的电力通过“电刷”提供，“电刷”与电机中心的旋转换向器接触。换向器是导致流经线圈的电流反向的原因。代价是固定电刷和电机旋转部分换向器之间的摩擦会导致磨损。由于电刷与金属接触不足和产生电弧，可能会损失多余的功率。
BLDC 电机不使用电刷使电机换向并使其旋转，而是使用更先进的电子控制技术。位于系统核心的 MCU 控制栅极驱动器，驱动 FET 向电机绕组提供电流。电流在定子线圈中产生磁场，定子线圈在空间中旋转，转子现在是永磁体随之旋转。
MCU 用于改变电流的相位和幅度，并在正确的时间以正确的顺序将其发送到线圈。精确的定时可以实现更准确的控制，并确保电机以最高效率运行。
为了减少功率损耗，有必要密切关注电机的运行特性，并使用反馈来微调控制向电机供电的 MOSFET 的脉宽调制 (PWM) 信号。恩智浦表示，S32M2 配备了多种 I/O，可连接到监控电机位置和运行的传感器。它还增加了集成电流感应。
S32M2内部的高性能MCU内核更仔细地控制电机的速度和扭矩。此外，高速模拟外设包括定时器和高精度模数转换器 (ADC)，用于调节和输出控制电机的 PWM 信号。这些芯片将 LIN、CAN FD 和 CXPI 通信接口带到桌面上，以连接到车辆的其他系统。
栅极驱动器负责功率传输
恩智浦表示，S32M2 提供了足够的性能来处理更先进的电机控制形式，包括最先进的磁场定向控制FOC。FOC 不使用传感器来感测电机的位置，而是感测绕组中的电压通常分为三组，将其变成由三个半桥驱动的三相电机，并使用反馈来调整电机控制输出。
S32M2 集成了一个三相栅极驱动器，可驱动多达 6 个外部功率 MOSFET，使其能够同时控制单个三相 BLDC或 PMSM电机或最多三个单相有刷直流电机。
栅极驱动器是电机控制系统的主要构建模块之一，因为它用于向电机绕组提供电压和电流，进而实现所需的速度、扭矩、方向和其他操作特性。栅极驱动器充当 MCU 之间的接口，输出 PWM 信号以管理运行电机的功率 FET 的占空比、频率和死区时间。
一般来说，提高驱动电机的功率 FET 的转换速率 (dV/dt) 最终会改善系统的动态响应时间，从而实现更精确的 PWM 控制。增加转换速率有利于减少开关期间的死区时间和相关功率损耗。但代价是这些快速转换可能会导致过多的电磁干扰 (EMI) 和其他电噪声。
NXP表示，MCU的栅极驱动器具有可编程转换速率，可以满足不同的要求。电压调节器也是汽车级封装的一部分，因此它可以直接由 12V 电池供电。
软件：NXP S32 平台
S32M2 与 NXP S32 平台中的其他产品基于相同的底层架构，为客户提供了最大程度地提高不同代汽车之间软件重用的灵活性。
此外，S32M2 与公司现有的软件和开发工具完全兼容，NXP 高级副总裁兼通用和集成汽车处理器总经理 Manuel Alves 表示。据该公司称，S32M2 具有足够的性能来对其控制的电机运行诊断以及在 AUTOSAR 上运行软件应用程序。还可以进行固件无线 (OTA) 更新。
S32M2支持ISO 26262标准下的ASIL B功能安全，并将NXP的硬件安全引擎HSE和其他安全子系统CSEc以及安全启动引入到系统中。
