基于MCU的工业直流无刷风机解决方案

嵌入式专栏

瑞萨电子和铃岳电子于近日联合推出了RX13T工业直流无刷风机解决方案，方案搭载了瑞萨RX13T系列微控制器，RX13T搭载RX家族32MHz工作主频的RXv1内核、浮点运算单元（FPU）、变频控制计时器（MTU3）及12位A/D转换器等，单芯片实现无刷DC电机的高效变频控制。与现有RX产品的兼容性高，方便已有硬件/软件的移植。RX13T系列包括32-pin和48-pin两种少管脚封装，可编程增益放大器（PGA）、比较器、数据闪存、高速内置谐振器（HOCO）等功能，有助于减少电路板面积和BOM元器件。
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方案硬件介绍
应用领域：
工业EC风机，各类通风散热风机。功率范围和电压等级：AC220V/AC380V/DC310V/DC110V；0.4KW-2.2KW；预留功率因数调整功能。

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VSP/PWM调速
支持VSP（0-10V）信号调速，兼容PWM（0-100%，频率1-10K）调速。并且信号隔离，确保安全。
FG隔离输出
用于输出转速，也是隔离输出，确保安全。
RS-485通讯功能
地址为1-247，同一组网络，最大可以扩展到247台风机协同工作，配合无线的RS485通讯模块，可以实现无线传输，远程控制。
继电器输出
有2路继电器干接点输出，可以和其他设备，例如水泵，实现联动，协同工作

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目前根据客户需求，DEMO为AC220输入，最大功率800W，板子为圆形，可以装配在客户电机端盖。

目前DEMO加装了散热器，可以满足有需求的客户800W以内风机的满载调试需求。

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RX13T - 适用于单电机控制应用的32位微控制器；减少了占用空间和BOM成本：
https://www.renesas.cn/zh/products/microcontrollers-microprocessors/rx-32-bit-performance-efficiency-mcus/rx13t-32-bit-microcontrollers-single-motor-control-applications-reduces-footprint-and-bom-costs#overview
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解决方案软件算法介绍
目标电机：直流无刷电机
内置直流无刷电机无位置传感器矢量控制专用固件
位置传感器：不需要
控制方法：矢量控制
相电流检测方式：两电阻方式/单电阻方式
具备通用MCU的基本功能
支持的MCU：RX13T（RX 32-bit V1 Core）
增强的外设功能（MTU，ADC，POE，CMT，SCI）采用Smart Configurator轻松配置外设，完成电机控制的硬件配置
提供上位机控制软件和参数生成软件
上位机控制软件–PCTOOLS可以轻松控制风机的启停和调速，以及EEPROM数据的更新
参数生成软件–USERTOOLS可以轻松生成风机的控制参数

软件分为两部分：
用户系统软件、电机控制库。用户系统软件是用户根据实际系统开发的程序，这个程序与电机控制库共同组成完整的风扇电机控制方案。

1	用户系统软件： 用户可以发送控制指令给电机控制库，同时也可以查询电机的工作状态、故障情况等信息；用户可以依据不同的电机参数、不同的控制规格等轻松设置电机控制库，以便充分利用电机控制库驱动直流无刷电机。
2	电机控制库： r_mcl.lib是电机控制库的库文件，包含用于电机控制的API函数和专用电 机控制固件 r_mcl.h是电机控制库的头文件，用于声明库文件中的API函数

先进变频技术–RAMDA算法：
RAMDA（Renesas Advanced Motor Drive Algorithm）是瑞萨电子拥有自主知识产权的先进变频控制算法.支持矢量控制，弱磁控制，PWM线间调制技术，过调制技术，逆风启动。

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Q&A部分解答精选
Q
RX单片机可以同时控制几路电机的运行？
A
RX单片机可以同时控制1到3个电机运行，由系列里面不同规格配置的MCU实现。

Q
RX13T适合用于电机控制的最小封装是多大？
A
32-pin HWQFN（PWQN0032KE-A）5 × 5 mm，0.5 mm pitch

Q
是内部谐振代替外部晶振吗？误差有多少？
A
搭载高精度的高速内部晶振（HOCO），±1.0%

Q
瑞萨的相电流检测方式支持哪个电阻方式？
A
支持单电阻采样和两电阻采样。

Q
RX系列双电机控制有算法库吗？
A
有算法库。

Q
风机散热方案有参考吗？
A
现在的风机方案一般就是用于需要散热的场合。

Q
RX13T的工作电压范围是多少？
A
VCC=2.7-5.5V

Q
软件固件算法位置环取代外置霍尔吗？
A
RX13T方案中的无位置传感器控制是使用轴误差估算和锁相环PLL来获取速度，无位置环。

Q
PCTOOLS是MCU参数编程吗？参数设定用什么软件？怎么快速知道参数值？
A
PCTOOLS是用于主机跟MCU之间的通信，可以发送指令控制电机的启停和调试。

参数设定使用瑞萨提供的参数生成软件Usertools。

Usertools设置界面可以看到对应的参数设定值。

Q
RAMDA使用上有什么要求？
A
RAMDA是针对永磁同步电机/直流无刷电机的无位置传感器矢量控制。

Q
USERTOOLS这个软件可以设置哪些参数？
A
可以设置电机参数、硬件对应参数、启动参数、保护参数、控制参数等。

Q
算法库是源码吗？
A
不开源。

Q
过调技术的响应时间是多少？
A
1ms

Q
风扇如何控制转速？
A
转速指令和实际转速直接的差值作为速度调节器的输入，通过PI调节是实际转速与转速指令保持一致。

Q
RX13T这个电机芯片也是FSP来配置吗？
A
智能配置器。

Q
RX13T内部的PWM定时器（GPT或MTU）是否支持中心对齐PWM？适合用于三相电机控制吗？
A
支持，适用于三相电机控制。

Q
死区时间是多少？
A
2.5us

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