英飛凌基於XMC1302控制器的無電解電容變頻控制方案

Jul . 2025

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1. 無電解電容變頻方案介紹

無電解電容變頻控制方案是一種低成本的永磁同步馬達（PMSM）控制技術。在硬體電路板中，以低成本的 CBB 電容取代了傳統的電解電容，不僅有效降低了方案成本，還顯著延長了使用壽命。透過此技術，無需主動功率因數校正（PFC）即可降低單相交流電的諧波電流。

冰箱，作為無電解電容變頻方案在大家電上最先落地的應用，因為其在壽命、成本和性能等方面展現出的優勢而越來越受關注。相信隨著這項技術的不斷推廣與應用，必將為冰箱產業帶來新的變革，為消費者帶來更優質、更有效率、節能的冰箱產品。

英飛凌基於XMC1302控制器的無電解電容變頻方案，改善了板級功率因數，減少了高次諧波；無電解電容和硬體FPC，降低了系統成本，延長了系統使用壽命。為客戶快速開發產品提供了量產級的參考方案。

2. XMC1302 產品介紹

XMC1302是英飛凌專為馬達控製而設計的MCU，整合了專門針對馬達應用最佳化的周邊集，支援中階馬達常見的各種控制方式，它具有適合無感FOC控制的相關週邊和亮點：

(一) MATH協處理器

XMC1302中整合一個MATH協處理器，它完全獨立於CPU，工作在PCLK（64MHz）時脈下。 MATH協處理包含了一個32位元的DIVIDER和一個24位元的CORDIC。 DIVIDER單元實現32bit有符號/無符號除法。 CORDIC單元實作24bit三角函數運算。 DIVIDER和CORDIC單元可並行工作，該模組減輕了CPU的負荷，對於實現無感FOC控制演算法提供了良好的支援。

（二）具有片上可調增益的12位元VADC

XMC1302的多功能類比/數位轉換器 (VAD)，包含一個以逐次逼近原理 (SAR) 運作的獨立核心。其解析度是從8位元到12位元可編程的。 ADC每個通道的取樣單元內建類比放大，增益可調，選用1,3,6,12倍放大，可省掉外部運算。 XMC1302的ADC具有雙取樣保持單元，雙通道可以同時採樣。具體到實際應用中，就是兩路電流可以同步取樣，這對提升控制即時效能是極有好處的。 ADC具有limit checking功能，當ADC轉換結果落在指定區間內就會自動觸發中斷請求，而這個指定區間的閘限是可以自由設定的。這就省掉了軟體處理ADC轉換結果並比較，提高了處理速度。

（三）可輸出PWM進行三相逆變器控制的CCU8單元

XMC1302的Capture/Compare Unit8由4個16位元的計時器組成，每個16位元的計時器都有定時、比較和捕捉的功能，這4個通道是完全獨立的，有各自的分頻器，可以獨立工作。每個通道可產生2對互補PWM，並可插入死區時間以防止開關短路，每對PWM波形的上升沿死區時間和下降沿死區時間可以分別產生。也可輸出非對稱的互補PWM。定時器的運作可以由軟體觸發，或用內部訊號觸發，或由外部引腳觸發。定時器的中斷也可以觸發ADC等其它外設。這些特性使它的應用非常靈活，能滿足各種需求，尤其是電機控制的需求。

（四）類比比較器ACMP

XMC1302內建三個高速類比比較器(ACMP)，用於比較兩個類比輸入電壓。 ACMP的輸出反應非常快，延遲時間在25ns。它的輸入電壓偏差也非常小，只有3mv左右。這些特性都使它非常適合數位電源和馬達控制的應用，而類比比較器的內部濾波器可以進行2n-10ns的濾波。最終比較器的輸出可以輸出到CPU的NVIC產生中斷，也可以輸出到CCU8，當作它們的外部觸發事件。