高算力GD32G5系列MCU如何引領數字能源、電機控制與光通信的變革
2024-12-30 09:12:03 EETOP不論是蓬勃興起的數字能源、不斷拓展應用邊界的電機控制，還是極速發展的光通信，這些領域正在經歷一場與大數據分析、云計算和人工智能（AI）等前沿技術深度融合的變革。這一融合不僅推動了技術邊界的大規模擴展，也引發了對智能化解決方案需求的
兆易創新以GD32G553為核心構建了兩個應用方案。首先是3.5kW直流充電方案，其使用單顆GD32G553系列MCU，控制兩級高效率的開關電源拓撲，包括前級單相圖騰柱PFC和后級全橋LLC。該方案的輸入電壓為220V（±10%）/50Hz，輸入電流最大有效值17A；輸出電壓為250VDC~450VDC，支持涓流、恒流和恒壓充電模式；PFC開關頻率70kHz，LLC開關頻率94kHz~300kHz。
該方案實現系統峰值效率96.2%，PF為0.999，THD為2.7%。在滿載恒流充電下，系統效率95.6%，PF為0.999，THD為2.5%。為了確保系統安全和可靠性，該方案配備了多種軟、硬件保護功能，包括OCP、SCP、OVP、OTP、CBC、DESAT等系統保護。
另一個是基于GD32G5系列/GD32E5系列的便攜式雙向儲能逆變方案，能夠實現離網放電和并網充電功能。該方案通過兩顆GD32G5系列MCU/GD32E5系列MCU控制三級架構（LLC + Buck/Boost + 逆變/PFC），確保了系統的高效性和穩定性。其LLC的開關頻率為100kHz，Boost/Buck和逆變/PFC部分的開關頻率均為20kHz；內部比較器實現了過流和過壓保護，減少了對外部硬件電路的依賴，簡化了系統設計；采用的ADC倍頻采樣技術能夠實現更精確的平均電流控制，其過壓、過流和過溫保護機制則確保了系統在各種工作條件下的安全運行。
助力電機控制性能與效率雙提升
上至小家電，下至電動汽車，電機的應用無處不在。而電機控制對MCU的要求極為嚴格，包括高效處理能力、精確的實時控制和豐富的外設接口。具體而言，MCU需要支持快速且精確的PWM信號生成以確保電機運轉平滑，配備高分辨率ADC進行電流與電壓的實時監測，并擁有充足的存儲空間以運行復雜的控制算法。此外，集成的安全機制和多樣的通信接口對于保障系統的穩定性和連接性至關重要。
GD32G553憑借其卓越的配置完美應對了這些挑戰。首先，該MCU的算力有了顯著提升，能夠更高效地處理復雜的電機控制算法。其次，它提供了豐富的片上資源，包括四個12位ADC、8個比較器以及1個高性能數字濾波器（HPDF），后者支持8通道/4濾波器配置，可外接Σ-Δ調制器，可用于變頻器、低端伺服里面外接調制器。最后，GD32G553配備了三個16位高級定時器，支持8通道/4對互補模式，適用于控制兩相四線步進電機；其復合模式支持單電阻采樣和母線電力兩次采樣，實現了步進電機快慢衰減混合模式的精準控制，進一步增強了電機控制的靈活性和效率。
GD32G553不僅在性能上滿足了電機控制的嚴苛要求，還在功能豐富度和應用適應性方面展現了明顯優勢，可滿足各領域復雜電機控制需求。
光模塊穩定運作的關鍵
與通用MCU有所不同，光模塊對其專用MCU在芯片尺寸、模擬功能集成以及可靠性方面有著更嚴格的標準，兆易創新為GD32G553進行了全面的配置，使其可以適應光模塊的挑戰。
GD32G553具有靈活的存儲空間。其512KB的Flash存儲支持雙Bank設計，不掉電升級，確保數據的安全性和持久性；128KB的SRAM存儲，支持800G以上光模塊的SRAM需求（大于64KB），滿足高性能光模塊的數據處理需求。
GD32G553集成了豐富的模擬和數字資源，成為其勝任光模塊應用的一大優勢。它具備四個12位ADC，最高采樣速率可達5.3Msps，并支持多達42個通道。通過多組ADC交錯采樣技術，GD32G553可以實現高達10M的采樣速率，完美契合高精度和高速度采樣的需求。此外，GD32G553還配備有四個12位DAC，其中四個通道支持對外輸出，提供了高度靈活的模擬信號輸出能力，適用于多種應用場景。
為了便于系統集成和調試，GD32G553提供了四個I2C接口，支持1MHz的Fast Mode Plus (Fm+)，確保與上位機通信的高效性。
GD32G553的設計充分考慮了光模塊SFP-DD/QSFP-DD等小型化封裝的需求，支持WLCSP封裝，非常適合用于高密度部署和空間受限的應用場景。這一特性使得GD32G553在保證性能的同時，也極大程度上節約了電路板空間，提升了系統的集成度。
為了加快用戶的開發進程，兆易創新為全新GD32G5系列高性能微控制器提供了免費開發環境GD32 Embedded Builder IDE、調試下載工具GD-LINK與多合一編程工具GD32 All-In-One Programmer。同時，Arm? KEIL、IAR、SEGGER等業界主流嵌入式工具廠商也將為GD32G5全新產品提供包括開發編譯和跟蹤調試工具在內的全面支持。
