东芝电机控制presentation

1、TOLS Software System Engineering(Shanghai) Co.,LTDTOLS Software System Engineering(Shanghai) Co.,LTD1PMD MCU可编程变频马达驱动专用单片机TOLS Software System Engineering(Shanghai) Co.,LTDTOLS Software System Engineering(Shanghai) Co.,LTD2Vector Engine32-bit RISC CorePMD2Sine wave or square wave commutation types a

2、vailable870/X core 20 MHzPMD3Vector ControlPMD1870/X Core 16 MHzTMP19A71 PMD 2 channelsPMD2 plusVector ControlTMP88FW44 PMD 2 channels100 pins120kB Flash16-bit DSP Core 20MHzVector Engine 40MHz 80MHz+5V single power supplyTMP88FW45 PMD 2 channels80 pins120kB FlashTMP88CS43 PMD 2 channels80 pins64kB

3、FlashTMP88CS42 PMD 2 channels64 pins64kB FlashTMP88CH41 PMD 1 channel44/42 pins16kB FlashTMP88CH40 PMD 1 channel28 pins16kB FlashSpeed up870/C1 Core TMP77CM70T PMD 1 channel64 pins32kB100 pins256kBTMP89FM82T PMD 1 channel48 pins32kBTMP88F846 44 pins16/8kB FlashUnder developmentAutomotive useTMP89FM5

4、x 48 pins32kBMulti-purposeAutomotive useInstruction execution speed of 1.6 faster than 870/XTMP88FH41 PMD 1 channelNew!Under developmentTMP89FM5y TMP89FH5z PMD 1 channelSiPTBxxxxxx PMD+BiCMOSAll-in one motor control MCU & DriverSiP: Silicon in package870/C1 Core PMD2+BiCMOSPlanningPlanning44 pin

5、s32kB30 pins16kBToshiba PMD MCU RoadmapTMP88CH47TMP88CH48TMP88CH49ImprovedPMD TOLS Software System Engineering(Shanghai) Co.,LTDTOLS Software System Engineering(Shanghai) Co.,LTD3单个变频马达单个变频马达控制应用控制应用单芯片双路变单芯片双路变频马达应用频马达应用TMP88CS43FPhase-2 PMD870/X Core20MHzTMP88CS42N/FTMP88CH41N/UTMP88CH40N/M80pin64

6、pin44/42pin28pinPMD 2chPMD 2chPMD 1chPMD 1chPMD MCU应用领域应用领域TMP19A71PMD 2ch100pinTOLS Software System Engineering(Shanghai) Co.,LTDTOLS Software System Engineering(Shanghai) Co.,LTD4PMD MCU 支持电机类型支持电机类型辅助位置信号位置信号直流有刷电机带霍尔传感器的直流无刷电机或永磁同步电机不带霍尔传感器的直流无刷电机AC感应电机 (V/ f 控制)MMMM转子: 线圈定子: 永磁刷和换向器转子: 永磁定子: 线圈

7、霍尔传感器转子: 永磁定子: 线圈转子: 线圈定子: 线圈功率 驱动PMDMCU无位置信号反馈功率 驱动功率 驱动正弦波方波方波/正弦波PMDMCUPMDMCU.功率 驱动PMDMCUPWM控制TOLS Software System Engineering(Shanghai) Co.,LTDTOLS Software System Engineering(Shanghai) Co.,LTD5PMD MCU 系统框图系统框图CPU 内核数据和地址总线电机控制电路 定时器 电路 电角度 定时器电路 波形运算电路位置检测电路波形发生电路870/X MCU内核内核可编程马达可编程马达驱动模块驱动模块

8、TOLS Software System Engineering(Shanghai) Co.,LTDTOLS Software System Engineering(Shanghai) Co.,LTD6以下通过方波驱动不带传感器的BLDC (brushless DC)电机来说明控制方法速度控制 错误处理位置值预置采样定时器设置 等等.功率驱动 前相: U,V,W 后相: X,Y,ZDC MotorMCUU,V,W,X,Y,ZCL,EMGPDU,PDV,PDWDC 电流PMD 电路三相 PWM保护电路位置检测电角度定时器波形运算电机控制电路的结构电机控制电路的结构n电机控制系统框图接口简单接口简

9、单软件工作量小软件工作量小TOLS Software System Engineering(Shanghai) Co.,LTDTOLS Software System Engineering(Shanghai) Co.,LTD7PMD MCU 性能特点（性能特点（1/4）方便的位置检测设置，当位置检测口方便的位置检测设置，当位置检测口的状态匹配寄存器里的期望值时硬件的状态匹配寄存器里的期望值时硬件自动输出设定值，自动输出设定值，无需软件干预。无需软件干预。 可可选选的的PWM载载波波类类型型 可可选选的的4种控制信号种控制信号输输出出 (U.V.W,X,Y and Z ports) 可以激活自

10、可以激活自动动换相（无位置传感器模式）换相（无位置传感器模式） PMD MCUPMDPDUU phase PSPDVPDWV phase PSW phase PS在服务程序中设置下拍数据- 下面一拍电机输出 (可选的四种模式on, off, PWM & PWM)- 下面一拍3个期望位置输入- 设置提前定时器 (50deg)At Fast Speed (提前角控制提前角控制位置检测中断Automatic Automatic Commutation定时器中断AdvantageAdvantage高达高达5M的硬件的硬件位置扫描，确保位置扫描，确保实时自动换向实时自动换向TOLS Softwa

11、re System Engineering(Shanghai) Co.,LTDTOLS Software System Engineering(Shanghai) Co.,LTD8PMD MCU 性能特点（性能特点（2/4）Wave composition function 位置位置检测单检测单元元互互锁锁定定时时器器三相三相PWM输输出出单单元元 LinkagePosition signal3 phase PWM output(Sine wave)Scram signal inputLinkageLinkage正弦波正弦波发发生器生器运算运算电电路路正弦表（可由用户设定任意波形） 电角度计数

12、器幅值设定p可选调制方式：可选调制方式：2P/3Pp可对波形硬件计算波形可对波形硬件计算波形做软件调整，满足应用做软件调整，满足应用控制要求。控制要求。TOLS Software System Engineering(Shanghai) Co.,LTDTOLS Software System Engineering(Shanghai) Co.,LTD9PMD MCU 性能特点（性能特点（3/4） 1. 过载过载保保护护 & 短路保短路保护护To Attach with two comparators input each output into microcomputer.Advant

13、age过载保护：过载保护：通过硬件设定过流点，过载发生时，自动切断当前周期电机输出， 过载信号消除时，MCU自动继续电机输出。短路保护：短路保护：通过硬件设定短路保护点，短路发生时，MCU自动切断电机输出。 必须软件恢复后，才能继续电机输出。TOLS Software System Engineering(Shanghai) Co.,LTDTOLS Software System Engineering(Shanghai) Co.,LTD10PMD MCU 性能特点（性能特点（4/4）Adjust start同步同步AD的优点的优点: 1). 在在12个个PWM周期里快速检测电流改变。周期里快

14、速检测电流改变。2). 更精确的检测电流。更精确的检测电流。3). 实现电流的实时监测。实现电流的实时监测。PWM signalCurrent signal with deep filterfor normal A/DCurrent signal with soft filterfor synchronous A/DTOLS Software System Engineering(Shanghai) Co.,LTDTOLS Software System Engineering(Shanghai) Co.,LTD11PMD MCU 与通用与通用MCU性能对比性能对比通用通用MCUPMD MCU

15、位置检测位置检测软件查找，位置信号的检测被软件查找，位置信号的检测被延迟。延迟。硬件检测，硬件检测，可编程硬件滤波，可编程硬件滤波，位位置信号的检测不会被延迟。置信号的检测不会被延迟。换相换相软件软件换相换相，不能实时，不能实时，马达效率低。马达效率低。硬件硬件换相换相，实时，效率高，实时，效率高，软件，软件开销小，支持频率高开销小，支持频率高。电流保护电流保护中断需要软件处理，响应有延中断需要软件处理，响应有延时时，软件处理不及时，软件处理不及时会导致会导致功功率器件率器件烧毁。烧毁。硬件响应，没延时，两级保护硬件响应，没延时，两级保护功功率器件，软件中断后续处理率器件，软件中断后续处理。正

16、弦波正弦波不支持不支持支持支持额外的逻辑器件额外的逻辑器件需要需要不需要不需要TOLS Software System Engineering(Shanghai) Co.,LTDTOLS Software System Engineering(Shanghai) Co.,LTD12 Current ControlPosition SensingSpeed ControlWaveform GenerationAD ConversionEncoderPID DetectionPWM abc dq PIDd q abcVdVdVqVqIdrefIqrefIdIqrefIa IaIb IbIc IcP

17、IDInverterPWMWaveform /abcConversiondq/ConversionPID ControlPID Control +PID Control +abc/Conversion/dqConversionPosition sensingADAD ConversionMotorA/B/Z编码器输入电路编码器输入电路快速同步快速同步AD采样采样高速运算能力高速运算能力高性能高性能PWM发发生电路生电路矢量控制矢量控制 MCU 性能特点（性能特点（1/2）TOLS Software System Engineering(Shanghai) Co.,LTDTOLS Softwar

18、e System Engineering(Shanghai) Co.,LTD13矢量控制矢量控制 MCU 性能特点（性能特点（2/2）変換変換高速変換高速変換 DSP:1us,19A70:2.6usDSP:1us,19A70:2.6us変換結果保持変換結果保持 DSP:8DSP:8、 、19a70:1919a70:19AD Conversion Interface (Samples optimal motor current.) AD sampling synchronized to the PWM timer AD sampling synchronized to the normal ti

19、merPMD 模模块块PWM TimerTriangular/Sawtooth Wave3-Phase PWM Generator- PWM resolution: TMP19A70 = 35.7 ns- Selectable commutation patterns H, L, PWM, PWM- Controlled through the PWM Pulse Width register Programmable dead timeU,XV,YW,ZEMGAC/DCMotor3-Phase PWM Signals (6 Outputs)AD Input (Motor Current Va

20、lue)Protect Signal高速运算单元：高速运算单元：MAC (Multiply-and-Accumulate)TMP19A70: 32-bit x 32-bit + 64-bit 64-bitALU (Arithmetic and Logic Unit) Barrel ShifterPerforms the above computational operation in a single cycle.TMP19A70: 17.8 ns (56 MHz)Output Disable ProtectionAD 转换转换模模块块： ：Fast conversion: TMP19A70:

21、 2.6 sConversion results storage: TMP19A70: 19 samplesPower ModuleTOLS Software System Engineering(Shanghai) Co.,LTDTOLS Software System Engineering(Shanghai) Co.,LTD14东芝电动车解决方案东芝电动车解决方案TOLS Software System Engineering(Shanghai) Co.,LTDTOLS Software System Engineering(Shanghai) Co.,LTD15 单芯片完成电机逻辑控制

22、及人机响应TOLS Software System Engineering(Shanghai) Co.,LTDTOLS Software System Engineering(Shanghai) Co.,LTD16 系统硬件框图有位置霍耳无位置霍耳TOLS Software System Engineering(Shanghai) Co.,LTDTOLS Software System Engineering(Shanghai) Co.,LTD17 内部硬件自动换向，换向延时小于2us，提升电机效率，相同电机下有2的效率提升的效率提升。东芝电动车解决方案TOLS Software System

23、 Engineering(Shanghai) Co.,LTDTOLS Software System Engineering(Shanghai) Co.,LTD18 与PWM同步的电流实时检测，达到电流平平滑恒流滑恒流的需要。TOLS Software System Engineering(Shanghai) Co.,LTDTOLS Software System Engineering(Shanghai) Co.,LTD19 硬件保护，实现超快速短路保护，无需中断响应，直接切断输出。（需外部硬件设定短路保护点）TOLS Software System Engineering(Shanghai

24、) Co.,LTDTOLS Software System Engineering(Shanghai) Co.,LTD20东芝电动车解决方案可编程柔性可编程柔性EABS，结合刹车信号，有效减低电子刹车对MOSFET造成的损伤。用户可自编用户可自编程实现刹车程实现刹车力度！力度！TOLS Software System Engineering(Shanghai) Co.,LTDTOLS Software System Engineering(Shanghai) Co.,LTD21 提供基础软件功能包和参考硬件设计 电机驱动模块 120度/60度自识别 工厂参数自动存储 转把检测 柔性EABS刹车

25、 欠压/短路保护 恒流控制 三速设定 手/自动巡航 霍尔助力TOLS Software System Engineering(Shanghai) Co.,LTDTOLS Software System Engineering(Shanghai) Co.,LTD22 面向未来，使用东芝PMD MCU可方便实现 正弦波电机驱动，提升电机运转的平稳度 前导角弱磁控制，使电机超速运行 带有换向角补偿的无霍尔电机驱动，实现无霍尔模式的高效率运行TOLS Software System Engineering(Shanghai) Co.,LTDTOLS Software System Engineerin

26、g(Shanghai) Co.,LTD23东芝东芝 120 度直流变频空调度直流变频空调解决方案解决方案 “神龙神龙”TOLS Software System Engineering(Shanghai) Co.,LTDTOLS Software System Engineering(Shanghai) Co.,LTD24 部分有源PFC 三点法开通PFC，可使PF大于等于95，校正波形失真，满足空调苛刻的应用需求；该控制方法比无源PFC效率高，比其它方案成本低。 120度矩形波控制 控制相对简单，技术成熟，灵活实用；能效比相对比较高；噪音控制相对优良；成本相对较低；产品上市时间较短。 有竞争力

27、的成本控制 在马达控制方面，东芝有非常强大的技术实力，也有完善的产品线。现在在空调的压缩机的控制方面，我们共有3款芯片可供客户选择，分别是：TMP88PM43FG,TMP88PH41N(U)G,TMP88PH40N(M)G.满足客户从单压机到全直流变频的控制。后续将推出FLASH版本的马达控制芯片，可进一步缩小用户成本。TOLS Software System Engineering(Shanghai) Co.,LTDTOLS Software System Engineering(Shanghai) Co.,LTD25 PID控制算法对压缩机专门设计的PID算法，实现了压缩机从启动、运行到停

28、机各段的平滑且准确的运行。 较宽调速范围速度从18Hz到110Hz连续可调。可以以每秒0.5Hz、1Hz、1.5Hz、2Hz、2.5Hz、3Hz等6种方式升频或降频而不会引起压缩机失调。 低频下的转矩控制从18Hz到45Hz的转矩控制，使得系统噪音降低，震动减小。TOLS Software System Engineering(Shanghai) Co.,LTDTOLS Software System Engineering(Shanghai) Co.,LTD26 提供较为成熟的方案或范例东芝的“ShenLong”项目是个较为成熟的项目。经过长时间的运行测试。经过且通过了“美芝”的噪音、震动、

29、及能效测试。 多种封装形式提供从SOP、QFP到SDIP等多种形式的封装产品以满足不同客户的需求。封装如下图 TOLS Software System Engineering(Shanghai) Co.,LTDTOLS Software System Engineering(Shanghai) Co.,LTD27PMV driverPartial power supplyOPERATINGINFORMATIONZERO CROSSDETECTOR 6 64 MTA8000S2SC3657SensorTLP251TLP251TLP251TLP251TLP251TLP251TLP557TLP557

30、TLP557TLP557TLP557TLP557MTD62064APPMVPower supply Switching UVWUVWVddTLP560TMP88CM 43N3phase PWMoutputPosition detectPosition detect3phase PWMoutputA/DINPUTTLP350235032WAY4WAYVALVETLP521TLP545TLP521OPERATINGIN DOOR UNITOPERATING INSTRUCTIONSDisplayLEDCOMPRESSOR(3PHASE BRUSHLESS DC MOTOR)FAN MOTOR(3P

31、HASE BRUSHLESSDC MOTOR)Rotor position detect signal inputRotor positiondetect circuitRotor position detect signal input6 PWM output6 PWM output2SK3130 6TOLS Software System Engineering(Shanghai) Co.,LTDTOLS Software System Engineering(Shanghai) Co.,LTD28900/H1900/L1A公司的应用方案-8841+Sanyo IPMTESC 8841 c

32、ontrol boardIPM boardTOLS Software System Engineering(Shanghai) Co.,LTDTOLS Software System Engineering(Shanghai) Co.,LTD29驱动驱动IPM板板TOLS Software System Engineering(Shanghai) Co.,LTDTOLS Software System Engineering(Shanghai) Co.,LTD30样机样机压缩机控制盒压缩机控制盒TOLS Software System Engineering(Shanghai) Co.,LTD

33、TOLS Software System Engineering(Shanghai) Co.,LTD31东芝东芝 180 度直流变频空调度直流变频空调解决方案解决方案 “神龙神龙”TOLS Software System Engineering(Shanghai) Co.,LTDTOLS Software System Engineering(Shanghai) Co.,LTD32硬件实现硬件实现软件实现软件实现TOLS Software System Engineering(Shanghai) Co.,LTDTOLS Software System Engineering(Shanghai)

34、 Co.,LTD33TOLS Software System Engineering(Shanghai) Co.,LTDTOLS Software System Engineering(Shanghai) Co.,LTD34PMD1 port: U, V ,W ,X ,Y, Z, Ix ,Iy, Iz, Fo PMD2 port仿真器相连的EJTAG 端口PC相连的UART通讯端口TOLS Software System Engineering(Shanghai) Co.,LTDTOLS Software System Engineering(Shanghai) Co.,LTD35TMP19A

35、71FYUG -32bit RISC MIPS ;l256KB flash ROM;l10KB on-chip RAM;l2 channels PMD;l75 input/ouput pins;l19 channels 10bit A/D;l4 channels 16bit timers;l2/3 channels UART;l2/1 channels SIO;l1 channel ABZ encoder;lOperation freq. 56MHz;lPower supply 3.3V/2.5V;lPackage LQFP100;TOLS Software System Engineerin

36、g(Shanghai) Co.,LTDTOLS Software System Engineering(Shanghai) Co.,LTD36矢量控制方案测试结果矢量控制方案测试结果 系统参考值系统参考值（120度方案）度方案）TOLS Software System Engineering(Shanghai) Co.,LTDTOLS Software System Engineering(Shanghai) Co.,LTD37美芝压缩机在美芝压缩机在60Hz60Hz运行运行时的相电时的相电流（流（180180度控制）度控制）TOLS Software System Engineering(S

37、hanghai) Co.,LTDTOLS Software System Engineering(Shanghai) Co.,LTD38东芝洗衣机解决方案东芝洗衣机解决方案正弦波控制直接驱动正弦波控制直接驱动TOLS Software System Engineering(Shanghai) Co.,LTDTOLS Software System Engineering(Shanghai) Co.,LTD39驱动类型驱动类型电机电机传动传动方式方式刹车类型刹车类型调速调速范围范围噪音噪音振动振动能耗能耗非变频或交流变频交流感应电机皮带传动机械范围小大大大DD直流变频永磁同步电机直接驱动电子刹车

38、机械刹车范围广安静平稳节能应用直流变应用直流变频是洗衣机频是洗衣机达到达到6A标准标准的最佳方案的最佳方案TOLS Software System Engineering(Shanghai) Co.,LTDTOLS Software System Engineering(Shanghai) Co.,LTD40TOLS Software System Engineering(Shanghai) Co.,LTDTOLS Software System Engineering(Shanghai) Co.,LTD41p 正弦波驱动正弦波驱动p 过欠压保护过欠压保护p 羊毛（超低速运行）羊毛（超低速运行）p 毛毯洗涤毛毯洗涤p 不平衡修正不平衡修正p 泡沫检测泡沫检测p 弱磁调速弱磁调速p 开门检测保护开门检测保护p CRC通信校验通信校验p 异常处理异常处理TOLS Software System Engineering(Shanghai) Co.,LTDTOLS Software System Engineering(Shanghai) Co.,LTD42I (电流)短路保护限流点过载保护设置电流EMG引脚输入CL引脚 输入PWM 输出