【HPMicro inside】高爆发氮化镓关节电机驱动方案

本文导读

JMD101是一款基于EtherCAT通信的高爆发关节电机驱动模块，面向高端工业/机器人场景，集电源、驱动、通信与控制技术于一体，专为实现高精度运动控制和瞬时大扭矩输出而设计。

JMD101采用3kW大功率架构，可满足重载启动、急加速等严苛工况需求。驱动部分突破性选用第三代半导体氮化镓器件，依托其宽禁带材料带来的耐高温、高频开关特性，在相同体积下实现了功率密度的显著提升。通信系统集成EtherCAT工业总线，支持微秒级响应与灵活拓扑组网。模块配备21位超高精度绝对值编码器，并结合位置、速度、力矩、零扭力等多种控制模式，特别针对突发瞬时负载工况开发“高爆发”控制算法，可短时输出2-3倍额定扭矩。

方案特性· 电源：采用48V-72V直流电源输入，支持额定电流40A、瞬态电流100A，额定功率3kW，瞬态功率可达7kW；· 处理器：高性能双核RISC-V处理器，主频高达600MHz；· 驱动：搭载第三代半导体氮化镓驱动单元，具有高频、高效、耐高温、高功率密度等优势，满足小体积高功率应用需求；

· 通信：集成EtherCAT通信技术，实现微秒级实时响应，兼具低延时、高带宽与灵活组网特性，支持高效数据传感与交互；

· 编码器：配备2个21位高精度绝对值编码器，实现精准位置反馈；

· 性能：具备位置、速度、力矩、零扭力、阻尼及组合控制模式，支持“高爆发”动态运行工况。

测试分享测试EtherCAT通信从机间的DC抖动时间指令响应时间，多次测量，指令响应时间小于100ns，相邻从站DC抖动时间小于23.2ns。
 

HPM6E8Y MCU介绍

高性能RISC-V双核，主频高达600MHz

高达 2MB SRAM，4MB FLASH， 4Kb OTP

千兆以太网交换机，支持TSN，3个外部端口+1个内部端口

EtherCAT Slave控制器，3个MAC端口

1个千兆以太网MAC控制器

2个100Mbps以太网PHY

32通道高分辨率PWM控制器，100ps

增量式和绝对值位置传感器接口 x4

串行编码器输入/输出：支持多摩川，BISS-C，ENDAT等

8个CAN-FD接口

4个16b SAR ADC

2个4通道ΣΔ滤波器

289MAPBGA，14x14，0.8 pitch

196MAPBGA，12x12，0.8 pitch

 

工作温度：-40 ~ 105˚C TA

测试演示视频JMD101模块安装于关节电机校准后测试，电机安装到测功机测试平台，设定测功机输出40Nm，设定转速，电机运行，测试相电流波形,最大相电流峰值31A，最小相电流峰值-27A，机械功率达786W。

JMD101模块安装于关节电机校准后测试，带载10KG往返，使用千分尺测试电机的定位精度，关节电机减速箱齿轮间隙16ArcMin，定位精度测试15um左右。