广芯微MCU UM32MP32小功率水泵方案介绍

一、前言   

生活中有很多地方需要用到水泵，不同于常规的抽水式水泵，体积更小的微型水泵在很多领域都在使用，几乎无处不在，它的发展使我们的生活多姿多彩，多种新型水泵的研发与应用，为我们带来极大的便利，其应用领域包括：电动汽车散热系统，自动化设备水循环，水制冷等电器,饮水机，卫浴产品，碎纸机，无土栽培，水暖床垫，空调抽水，水族鱼缸，足浴盆，水暖床垫，热水器，电脑水冷，水冷风扇，医疗器械，制药系统，化工，循环系统，冷却散热系统，制冷系统，水冷空调，水冷风扇，移动洗澡机，太阳能喷泉，太阳能循环系统，家庭增压系统，别墅供水系统，小型灌溉系统,水处理系统，小型供水系统，汽车循环系统，汽车加热系统，机床，家用电器，厨房电器,卫浴产品，热水循环系统等。

广芯微结合自研芯片UM32MP32低功耗、多功能外围接口与集成预驱、LDO等特点，开发用于小功率水泵产品的电机控制解决方案，并开放源文件及快速的技术服务，确保客户基于广芯微方案开发的产品快速实现量产。   

二、硬件方案介绍  

硬件版图：

下图为广芯微UM32MP32 小功率水泵方案原理图及2D版图。

硬件方案框图及特点： 

1.内置5V LDO  Power电源直接输出至MCU（支持5.5-24V宽电压输入）； 2.支持电源防反接电路设计； 3.内置1路运放可直接进行母线电流采样； 4.内置4路比较器快速直接获取反电势信号及硬件过流保护 ； 5.PWM支持与比较器的联动，异常情况紧急停机保护机制，有效防止功率元器件损坏； 6.内置3P+3N预驱，减少外围电路及布板空间； 7.丰富的外设接口（SPI/UART/IIC）,支持多传感器扩展功能； 8.板极ESD设计可靠度可达8KV以上，得益于广芯微UM32MP32芯片优异的ESD性能；

9.高集成度 高可靠性 低功耗MCU，全部外围器件只有50个左右（除4*MOS及MCU外都是阻容），大大降低设计及生产成本，降低器件失效不良率。

三、软件方案介绍

软件架构： 此方案整个软件工程分为应用层、System、Common及电机库。应用层包含系统初始、系统配置、CLI引擎、通用任务、电机控制API、电机任务等。System层包含Startup启动、中断服务、时钟、睡眠与低功耗等。Common层包含消息队列、软定时器、延时/串口输出、实用工具等。电机库包含PID 环路、换相函数处理、芯片驱动库等。    

软件设计框图： 此方案为无感方波控制方案，整体框架分为：    

1.IPD初始脉冲位置检测；      

2.反电势过零检测，控制电机换相；      

3.PWM发波；      

4.PID速度/功率/电流闭环控制；      

5.故障检测机制（过流，过压，欠压，缺相，堵转等全功能保护）。

电机算法库概要：    

四、功能参数及测试波形  

功能参数：

无感方波控制方案

输入电压：DC 5.5-24V

额定功率：<100W

防电源反接电路设计

硬件过流，欠过压，欠过温，限/过流，堵转等全功能保护

缺水保护

测试波形：

五、方案优势

1.低功耗技术指标

（1）1.2μA @3.0V DeepSleep+RTC 模式，RCL 运行， IO、SRAM 以及寄存器数据保持；

（2）0.9μA @3.0V Stop 模式，所有时钟停止，IO、 SRAM 以及寄存器数据保持；

（3）50μA/MHz @3.0V @32MHz Active 模式；

（4）3.7μs 快速睡眠唤醒系统。

2.高可靠性，将EMC及ESD性能作为基础要求融入芯片定义，在设计阶段进行针对性优化，并结合板级设计通过了目前所有电控项目的ESD及EMC测试；

3.高集成度，内部集成4路比较器，1路运放，硬件加速器，6 路 PMOS+NMOS Driver， 5V/40mA LDO；

4.分层设计的软件架构，丰富且成熟的电机算法库，降低开发设计难度及技术门槛。

审核编辑：刘清