东软载波微电子芯片在 电动工具领域的应用 日期： 2019.05 Copyright 2019, essemi corporation.

目录页 1 公司简介 2 电动工具锂电保护板 3 电动工具电机驱动板

公司简介

上海东软载波微电子有限公司 MCCS： 愿景（What to be) 使命 (What to do ) （前身上海海尔集成电路有限公司） 成立于2000年，投资方包括中国最大白色家电供应商海尔集团和几家知名风险投资基金，海尔集团总裁杨绵绵出任公司董事长。 2004年成为首批国家信息产业部认定的IC设计企业之一。 2015年，青岛东软载波完成对上海海尔集成电路的收购，变更设立为其全资子公司。 公司成立以来，始终坚持专注高抗干扰、低功耗芯片的设计研发。并始终以行业前沿的技术、设计、质量和服务，创新性地为客户提供包括从芯片、系统、软件、云端等的完整服务。多元化的产品与服务赢得了众多家电、消费电子、工业控制、汽车电子、仪器仪表等领域品牌客户的青睐。 愿景（What to be) 成为卓越的IoT-MCCS领域全球 领导品牌 MCCS： MCU-可靠控制 Connection-安全连接 Computation-可信边缘计算 System-物联系统 使命 (What to do ) 致力于为全球智能制造业转型客户及IoT产业客户提供IoT-MCCS领域提供从芯片到系统的整体解决方案，引领客户步入智能物联时代。

东软微芯片应用领域 Eastsoft MCU Inside 金融安全 白色家电 智能电网 仪器仪表 低压配电 厨卫电器 电机控制 环境家电 商密 安全 电动工具 生活电器 工业控制 消费 电子 Eastsoft MCU Inside 安防 消防 娱乐电器 物联网 医疗电子 车载电子 智能家居 个人护理 智能硬件 照明 行车辅助 车载安全

电动工具锂电保护板

锂电保护板 锂电池之所以需要保护， 是由它本身特性决定的。 锂电 保护板 由于锂电池本身的材料决定了它不能被过充、过放、过流、短路及超高温充放电。

电池为什么需要均衡？ 电池没有绝对的一致性，在成组成串后，电池之间的容量失配超出 一定的阈值便会影响整个电池组的实际可用容量。 为此，我们需要对失配的电池进行均衡。 1）电芯制造、分容误差（设备能力、品质管控） 2）电芯组装匹配误差（阻抗、SOC状态） 3）电芯自放电率不均 【电芯工艺、阻抗变化、成组工艺 （过程控制、绝缘）、 环境（热场）】。 电池组产生 不均衡的 主要因素

均衡工作方式 过放控制 过充控制 电 量 IC + - 充电

均衡工作方式 过放控制 过充控制 电 量 IC + - 充电

均衡工作方式 STOP 4.25-4.35V 过放控制 过充控制 3.8-4.1V IC 电 量 + - 充电

AFE芯片HA53xx MOSFET LDO Driver 输出 短路电流 保护 LDO 芯片 过流保护 过温保护 根据芯片型号，分5V和3.3V两种输出 输出电流30mA 芯片过温保护：保护阈值150℃，恢复值130℃。 MOSFET Driver 短路电流 保护 LDO 输出 LDO 过流保护 芯片 过温保护

AFE芯片HA53xx 性 能 特 性 工作电压范围 4.5V~25V和6V~25 V 检测特性 电压检测范围： 电压测量精度： 2V以上精度为±35mV，1.5V~2V精度为±40mV（-20℃~85℃） 电流测量精度：1%精度 温度测量精度：不超过±7℃ MOSFET Driver 驱动电压10V~16V，驱动电流50mA+ 均衡电流 30mA 功耗 Standby 10uA Active，不超过60uA 。

系统电路 电压采集 电流采集 均衡 充放电MOSFET 驱动 控制模块 电源模块 MCU供电 VOUT测量 HA53xx

电动工具电机驱动板

驱动评估板 该驱动板基于ES32F05xx系列电机控制芯片，用于驱动三相无刷直流电机。由于采用了独立的电流采集方式，该驱动板可以支持六步方波和FOC矢量控制方式。 驱动BLDC/PMSM电机 供电电压8~48V 温度监测及保护 电流监测及保护 完全兼容方波和FOC控制算法 支持有感及无感控制模式 支持HALL/Encoder电机传感器 最大3A峰值电流

ES电机驱动库 ES电机驱动为客户提供FOC矢量控制和方波控制驱动库， 客户可根据应用需求选择相应的驱动库。

ES电机驱动库—六步方波驱动 定子磁场转矩只有6个方向 支持无传感器驱动模式 可编程启动参数 单环模式和双环模式 PID及无感模式参数可配置 过流、过压、欠压、过热及速度 反馈等错误处理 内环控制硬件处理 定子磁场转矩只有6个方向

ES电机驱动库—六步方波驱动 电流模式 电压模式 外环输出的电流参考值与实际电路中电流形成比较。比较的结果通过定时器的ETR功能从而完成PWM占空比的调节。 电压模式 外环环通过PID控制器产生的输出作为PWM脉冲信号的占空比。

ES电机驱动库—六步方波驱动 六步方波驱动特性 结论 转矩脉动显著 噪声较大 对微处理器要求不高 出力更大 电压利用率高，能直接运行至极速 非正弦分布的定子绕组，使BLDC难以应用在低转矩脉动和低噪声运行场合，此类应用场合考虑采用FOC矢量控制。

ES电机驱动库—FOC矢量驱动 速度模式和力矩模式（运行时可任意切换） 可编程速度和力矩斜坡 可配置PWM载波频率 无感加速启动配置 PID及无感模式参数可配置 过流、过压、欠压、过热、速度反馈及运算 超时等错误处理 支持60度/120度霍尔传感器布置 顺风启动 电流超前转子90度。 需获取转子位置信息。 较好的转矩性能。 无转矩脉动。

ES电机驱动库—FOC矢量驱动 CLARKE和PARK坐标变换降低马达方程复杂性，用于Iq和Id的解耦合 转子位置信息可通过传感器获取也可通过观测器算法获取 观测器采用的是龙贝格观测算法 SVPWM产生波形失真较小正弦电流 防止内环电流产生过大超调，应整定成过阻尼系统

电机控制芯片ES32F0500 最高系统频率48MHz 36KB FLASH程序存储器 4KB RAM 定時器支持死区可编程PWM互补输出， 支持刹车功能 12位ADC：2.4MSPS, 最多支持16个外部模拟通道 UART、I2C、SPI多种通讯接口 2个模拟比较器 ES32F0500选型 产品型号 封装 I/O FLASH (KB) RAM (KB) 最高 工作 频率 (MHz) 工作 电压 定时器 ADC DMA 通信接口 AES 模拟比较器 温度传感器 内部 参考 电压 特殊 功能 16 位 32 位 RTC 位 数 通 道 数 UART SUART IIC SPI ES32F0500LKE LQFP32 26 36 4 48 2.2 ~ 5.5V 5 - 12 16 6 1 2 √ 有 CRC CALC ES32F0500NKE QFN32 28

Internal Oscillator 32.768KHz Security & Accelerator 电机控制芯片ES32F0500 APB Bus ARM Cortex-M0 Clock control Memory DMA Power system Pll up to 32MHz or 48MHZ With 32KHz or 4MHz Flash 36KB DMAMUX ES32F0500 LDO External crystal 1~20MHz External crystal 32.768KHz Power-On Reset DMA Controller 2020/2/72020/2/7 2424 SRAM 4KB Internal Oscillator 4/16MHz Internal Oscillator 32.768KHz Brown-Out Reset Internal Oscillator 32.768KHz LVD APB Security & Accelerator AHB Bus AES CALC CRC Communication Interface I/O Port Timer Analog module UART×1 GPIO×28/26 16-bit Timer×5 12-bit ADC×16 SUART×1 External Interrupt IWDT ACMP×2 SPI×1 Reset Pin WWDT TEMP×1 I2C×1

电机控制芯片ES32F0541 最高系统频率48MHz 64KB FLASH程序存储器 8KB RAM 定時器支持死区可编程PWM互补输出， 支持刹车功能 12位ADC：2.4MSPS,支持8阶PGA (最大8倍),最多支持16个外部模拟通道 UART、I2C、SPI多种通讯接口 电机控制模块，制作FOC硬件加速 ES32F0541选型 产品型号 封装 I/O FLASH (KB) RAM (KB) 最高 工作 频率 (MHz) 工作 电压 定时器 ADC DAC DMA 通信接口 电 机 控 制 模 拟 比 较 器 温度传感器 16 位 32 位 RTC 位 数 通 道 数 UART SUART IIC SPI IIS ES32F0541LT LQFP64 55 64 8 48 1.85V~5.5V 9 1 12 16 12-bit*1 6 3 2 4 √ ES32F0541LQ LQFP48 39 10 ES32F0541LK LQFP32 28 ES32F0541NK QFN32 29

电机控制芯片ES32F0541 2626 APB AHB Bus APB Bus ES32F0541 ARM Cortex-M0 Memory DMA Clock control Power system Flash 64KB DMA MUX ES32F0541 Pll up to 48MHZ With 4MHz LDO PVD External crystal 4~32MHz External crystal 32.768KHz POR/PDR Band Gap 2626 SRAM 8KB DMA Controller Internal Oscillator 4MHz Internal Oscillator 32KHz Backup Power Domain APB Accelerator AHB Bus MCM Communication Interface I/O Port Timer Analog module UART×3 GPIO×55 16-bit Timer×9 12-bit ADC×16 SUART×2 32-bit Timer×1 External Interrupt ACMP×4 SPI×2 RTC Reset Pin TEMP×1 I2C×2 IWDT 12-bit DAC×1 I2S×2 WWDT

无刷马达矢量控制器 (MCM) 东软载波专用电机控制芯片ES32F0541提供MCM (Motor Control Module)外设 MCM高速运算模块，避免MCU软件处理数学运算，有充裕的时间做系统管理，实现更为高效和健壮的电机控制系统 MCU通过APB总线读取MCM模块的运算结果

无刷马达矢量控制器 (MCM) 一阶IIR数字低通滤波器 斜波产生器 Clarke/Park变换 Clarke/Park逆变换 电流PI控制器 转速PI控制器 SVPWM产生器 虚拟电机模型 滑模控制器 反正切CORDIC硬件运算

MCM-坐标转换 3轴定子坐标系到2轴定子坐标系 定子坐标系到转子坐标系

MCM-坐标转换 MCM的CLARK/PARK 运算

MCM-PI控制器 原理：比较量测参数与设定值之间的差异，由两者间的误差来决定控制器输出大小，使有效误差降至为零。 注意： FOC矢量控制分为速度环和电流环。速度环由一个PI控制器调节； 电流环分别由2个PI控制器调节转矩电流Iq和励磁电流Id。

MCM-PI控制器 MCM支持PI控制器硬件运算功能 三个独立的PI控制器 每个控制器可分别配置不同的应用参数，以便独立控制系统

MCM-滑模控制器 SMC的输入为估算电流与实际流测电流的误差 控制器将输出校正因子z来补偿虚拟电机，使误差缩小至0 补偿虚拟电机时，可将校正因子z通过一低通滤波器来得到BEMF估计值，而LPF的截止频率需匹配当前矢量的频率 根据BEMF的反正切值计算转子角度

MCM-滑模控制器 MCM 支持滑模控制器 虚拟电机模型可配置 滑模控制器参数可配置 可应用于不同类型电机

MCM-CORDIC运算 计算BEMF的反正切数值以获得转子角度 利用加减法与位移运算即可计算常用的三角函数值 具有高速与内存需求低的特点，适合于硬件上实现 输出为正规化无符号整数，相应转换后得到角度或者弧度。

ES32F0541电动工具解决方案 直流无刷电机 无段调速 反转自停 过压、欠压、过流 等保护 无霍尔控制 电量显示

方案示意图 电池 过流保护 电量 检测 ES32F0541 6 6 GATE DRIVER DC-DC/LDO 电池 正/反转切换 ADC CMP OFF 正/反转切换 反转自停切换 档位选择 LED显示 - 反转自停 - 档位 - 电量 ES32F0541 6 6 GATE DRIVER 三项 逆变桥 GPIO PWM 换相检测 扳手开关检测 过/欠压保护 过温保护 ADC

电动工具方案示意图 优势： 1）ES32F0541 内嵌硬件MCM模块，内嵌PGA、比较器，降低电机调试难度，增加产品安全可靠性。 32 bit MCU ES32F0541 16 bit Timer 32 bit Timer I/O MCM SRAM 8KB Bytes Flash 64KB Bytes 存储器 电流检测 ADC ADTIM 电动工具主控 反转自停 电压检测 电池检测 电子开关 MOSFET 预驱 优势： 1）ES32F0541 内嵌硬件MCM模块，内嵌PGA、比较器，降低电机调试难度，增加产品安全可靠性。 2）载波频率高达20KHZ，支持满调制度实现快速无超调启动，振幅小噪音低。

THANKS www.essemi.com 39 股票代码: 300183 Hotline: 400-690-5516 青岛办事处 上海东软载波微电子 地址：上海市徐汇区龙漕路299号 天华信息科技园2号A座5楼 邮编：200235 电话：86-21-60910333 传真：86-21-60914991 苏州分公司 地址：苏州市工业园区企鸿路 39号博济苏印智造501 邮编：215006 电话：0512-87899036 深圳分公司 地址：深圳市南山区科技园南区 高新南六道航盛科技大厦20E 邮编：518057 电话：0755-86621988 传真：0755-86621931 青岛办事处 地址：青岛市海尔路1号 邮编：266101 电话：0532-88938569 39