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提升新能源市场核心竞争力,华太电子发布Copter E001实时控制MCU

Felix分析 来源:电子发烧友 作者:吴子鹏 2024-06-18 09:05 次阅读

电子发烧友网报道(文/吴子鹏)日前,在SNEC第十七届(2024)国际太阳能光伏与智慧能源(上海)大会暨展览会期间,华太电子正式发布Copter E001实时控制MCU,搭载高性能数字和模拟模块,广泛应用于光伏逆变器变频器、伺服控制和UPS等应用。

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华太电子SoC产品线CPO朱杨飞表示,本次发布的产品是高端系列(37X系列),分为单核和双核两个系列,型号覆盖从HS32F7S374到HS32F7D379。“Copter E001实时控制MCU拥有完整的工具链资源,包括Code Panel Studio(简称CPS),是完全免费授权的IDE软件工具;CPMX,是能够直接生成代码的图形化配置工具;HeliPad,是能够帮助客户快速评估的开发板。”

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华太电子SoC产品线CPO朱杨飞

高性能、高集成且拥有多线程的TFU加速

如上所述,华太电子Copter E001实时控制MCU主要面向光伏逆变器、变频器、伺服控制和UPS等应用,在全球能源结构升级的大背景下,这些市场都蕴含着巨大的市场机遇。以光伏逆变器市场为例,根据市场调研机构Frost&Sullivan的统计数据,预计到2026年全球光伏逆变器应用的市场规模有望达到579.3GW,从2022年到2026年的年复合增长率预计为22.45%;再看伺服系统控制器市场,根据QYResearch的研报数据,预计2029年全球伺服系统控制器市场规模将达到9246百万美元,2023年-2029年期间的年复合增长率为9.0%。

在市场需求快速增长的同时,光伏逆变器和伺服控制器等市场也有着明显的高端化发展趋势,给作为系统核心的MCU提出了更高的要求。根据朱杨飞的介绍,华太电子Copter E001实时控制MCU系列中的双核产品基于双核ARM Cortex-M7架构,主频高达300MHz。相较而言,竞品主频为200MHz,在性能方面存在差距。除了系统内核,华太电子Copter E001实时控制MCU也提供优于竞品的存储配置,比如HS32F7D379PTI的Flash容量为2048 kByte,总线RAM为256 kByte,内核ITCM和DTCM达到512kByte,能够给程序部署提供更充足的空间。

此外,华太电子Copter E001实时控制MCU具有出色的集成特性,片上集成高精度ADCUARTCAN FD、PWM、SPI、可编程逻辑单元等资源,保障了方案开发的灵活性。朱杨飞提到,Copter E001实时控制MCU拥有行业领先的高精度ADC和高精度PWM。其中,ADC是控制计算的来源,在12bit ADC的采样率上,Copter E001实时控制MCU为7Msps,比竞品提升了100%;在16bit ADC的采样率上,Copter E001实时控制MCU为3.5Msps,竞品则为1.1Msps。

PWM模块控制着整个MCU的环路输出,Copter E001实时控制MCU的PWM精度相较于竞品提高了34%,且支持更灵活的控制。从具体的数值来看,竞品的普通PWM精度为5ns,Copter E001实时控制MCU为3.3ns;竞品的高精度PWM的精度是150ps,Copter E001实时控制MCU则为100ps精度。更为重要的是,目前市场上的实时控制MCU在PWM主从配置上是固定的,而Copter E001实时控制MCU则支持灵活的配置,提升了用户使用的便利性。

为了提升软件资源的运行速度,Copter E001实时控制MCU内部集成了支持多线程并行计算的TFU模块,竞品方案则主要是采用TMU,在三角函数加速方面,TFU模块有着明显的领先优势。

当然,这些性能提升并不以牺牲功耗为代价。在工作模式下,Copter E001实时控制MCU整体功耗比竞品降低了54%,仅为351毫瓦;在空闲模式下,Copter E001实时控制MCU的功耗相比竞品降低37%;在待机模式下,Copter E001实时控制MCU的功耗相比竞品降低了15%。

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完整的工具链和高效的算法运行

上面主要介绍了华太电子Copter E001实时控制MCU的硬实力,接下来我们来看看一下Copter E001实时控制MCU的软实力。Copter E001实时控制MCU相较于竞品,算力有20%的提升,这是非常可观的,能够带来更好的算法承载能力。

Copter E001实时控制MCU在多项算法上和竞品的对比。在电机控制算法方面,多元计算、磁链观测、速度观测等时间加起来,竞品的时间为2845ns,Copter E001实时控制MCU的时间为2713ns。“不过,实际上电机代码执行是连续的,并不会单独分拆模块计算和相加,在贴近实际情况的测算结果中,竞品有2%的提升,Copter E001实时控制MCU则有19.5%的提升。”

在电机控制、光伏、电力行业常用的二阶滤波算法方面,以PR为例,在执行相同的6行代码时,Copter E001实时控制MCU在单次循环上相较于竞品有41%的提升,在100次循环上有71%的提升。

总结相关算法测试,Copter E001实时控制MCU拥有五项明显的竞争优势:

300MHz的双核ARM Cortex-M7架构带来更高的算力优势;

二阶滤波算法提升在41%-71%;

电机控制执行总时间为竞品的80%;

写入PWM比较值,寄存器时间为53ns;

AD采样时间提升20%。

为了让用户能够用好Copter E001实时控制MCU,华太电子提供了充足的支持,包括开发资源和软硬件生态。SDK是软件生态避不开的话题,华太电子为Copter E001实时控制MCU系统开发提供完整的SDK支持,除了外设模块和uCOS等,华太电子提供了丰富的Example场景,方便用户快速入手。

华太电子为Copter E001实时控制MCU专门开发了CPMX,解决用户理解和配置SDK的痛点,让用户的外设配置、时钟配置和代码生成“所见即所得”。另外,基于Eclipse和GCC两大开源软件,华太电子打造了集成开发环境CPS,以提升相关方案自主可控的水平。

除了软件生态,华太电子为Copter E001实时控制MCU准备了丰富的开发用例和开发板,包括典型应用系统设计、Helipad开发板、ControlCARD开发板、ADC EVB HS32F7D377P评估板和inverter-TPTL-10KW demo。

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Copter E001实时控制MCU开发资源

结语

据悉,2024年华太电子已经进入产品研发的丰收时节,公司在模拟器件、功率器件和实时控制MCU等产品线硕果累累,除了发布Copter E001实时控制MCU之外,还有1200V/650V第二代SJ—IGBT产品系列化量产,光伏旁路二极管量产等,为光伏/储能、新能源汽车、工业驱动三大领域的用户带来了高效、极致的创新体验。

Copter E001实时控制MCU的发布,在硬件资源、软件效率方面,给新能源领域用户提供了一个更好的选择。同时,Copter E001实时控制MCU一经发布就拥有完整的配套开发资源,能够帮助用户抢夺市场先机,并拥有更好的系统成本优势。

目前,华太电子内部正在研发中端系列的实时控制MCU,相关产品将会在2025年初发布,届时相关产品预计会从性价比方面带来进一步的提升,我们拭目以待。

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