电焊机为何需要一颗“智慧大脑”？航顺HK32F103A给出答案

judy -- 周一, 03/03/2025 - 14:56

一、市场规模与增长

全球工业自动化市场持续扩张，电焊机作为制造业核心设备之一，其智能化、高效化需求日益凸显。据预测，2028年全球工业控制芯片市场规模将突破350亿美元，年复合增长率达5.2%。中国作为全球最大制造业基地，电焊机年产量超200万台，但传统设备存在能耗高、精度不足等问题，需通过芯片升级实现技术突破。航顺HK32F103A电焊机方案以“高性能+国产化”双轮驱动，助力客户实现从“制造”到“智造”的跨越。未来，随着工业4.0深化，该方案将持续赋能电焊机行业绿色转型与智能化升级。

二、市场应用

航顺HK32F103A电焊机解决方案广泛应用于以下场景：

工业制造：汽车零部件、五金加工等领域，通过精准电流控制提升焊接质量与效率;
新能源设备：光伏逆变器、储能系统焊接场景，保障高精度工艺要求;
轨道交通：电气化铁路接触网焊接，适应复杂电磁环境与动态负载;
传统产业升级：替代进口MCU，降低电焊机生产成本;

三、方案概述

航顺HK32F103A电焊机方案以ARM Cortex-M3内核为核心，集成12位高精度ADC、多通道外设及硬件加密引擎，实现以下功能：

动态电流调节：通过PWM脉宽调制技术，实时调整焊接电流（100-500A），精度达±1%;
温度与负载监测：内置温度传感器接口，结合CAN总线实现设备状态远程监控;
故障自诊断：过流、过压、短路保护机制;

四、方案核心优势

高性能计算：120MHz主频+512KB Flash，满足复杂算法（如谐波补偿）实时运算需求;

高可靠性设计：-40℃~105℃宽温工作，工业级ESD防护;
国产化替代：完全兼容国外F103系列，支持代码无缝迁移，降低开发成本;
能效优化：动态电压调整技术使待机功耗降低至50mW以下，综合节能;

产品系统框图

产品系统框图.png

电焊机实物图

电焊机实物图.png

航顺HK32F103A系列MCU主要规格

  • ARM® Cortex®-M3 内核

  • 最高时钟频率：120 MHz

  • 24 位 System Tick 定时器

  • 支持 CPU Event 信号输入至 MCU 引脚，实现与板级其它 Soc CPU 的联动。

  • 工作电压范围

  • 双电源域：

           -主电源 VDD 为 2.0 V ~ 3.6 V

           -备份电源 VBAT为 1.8 V ~ 3.6 V

  • 当主电源掉电时，RTC 可继续工作在 VBAT 电源下。

  • VBAT 电源域提供 84 byte 备份寄存器。

  • 工作温度范围：-40°C ~ +105°C

  • VDD 典型工作电流

  • 运行（Run）模式：19.3 mA@120MHz@3.3V

  • 睡眠（Sleep）模式：5.6mA@120MHz@3.3V（唤醒时间：1 个机器时钟周期）

  • 停机（Stop）模式

           - LDO 低功耗模式：89.4 μA@3.3V（唤醒时间：10µs）

           - LDO 全速工作模式：303 μA@3.3V

  • 待机（Standby）模式：3.3 μA@3.3V（唤醒时间：150µs）

  • VBAT 典型工作电流（VDD掉电）

  • VBAT RTC 开启模式：2.6 μA@3.3V

  • VBAT RTC 关闭模式：2.1 μA@3.3V

  • 存储器

  • 最高 512 Kbyte 的 Flash 存储器

           - 当 CPU 主频不高于 24 MHz 时，支持 0 等待总线周期。

           - 具有代码安全保护功能，可分别设置读保护和写保护。

  • 64Kbyte 片内 SRAM

  • FSMC 模块可外挂 1 Gbyte NOR/PSRAM/NAND/PC Card 存储器（其中，256 Mbyte 的空间可以存放指令，可用于片内 Cache 缓存）

  • 数据安全

  • CRC32 校验硬件单元

  • 时钟

  • 外部高速时钟（HSE）：支持 4 ~ 32 MHz，典型 8 MHz

  • 外部低速时钟（LSE）：32.768 kHz

  • 片内高速时钟（HSI）：8 MHz/28 MHz/56 MHz 可配置

  • 片内低速时钟（LSI）：40 kHz

  • PLL 输出时钟：120MHz（最大值）

  • GPIO 外部输入时钟：1 ~ 64 MHz

  • 复位

  • 外部管脚复位

  • 电源复位（POR/PDR）

  • 软件复位

  • 看门狗（IWDG 和 WWDG）复位

  • 低功耗管理复位

  • 可编程电压检测器（PVD）

  • 8 级检测电压门限可调

  • 上升沿和下降沿检测可配置

  • 通用输入输出端口（GPIO）

  • 64 脚封装提供 51 个 GPIO 引脚，100 脚封装提供 80 个 GPIO 引脚

  • 所有 GPIO 引脚可配置为外部中断输入

  • 内置可开关的上、下拉电阻

  • 支持开漏（Open-Drain）输出

  • 支持施密特（Schmitt）迟滞输入

  • 输出驱动能力超高、高、中、低四档可选

  • 数据通讯接口

  • 5 路 USART/UART（USART1/2/3，UART4/5）

  • 3 路 SPI（SPI2/3 支持 I2S 协议）

  • 2 路 I2C

  • 1 路 SDIO

  • 1 路 CAN 2.0 A/2.0B

  • 1 路全速 USB2.0

  • 定时器及 PWM 发生器

  • 高级定时器：TIM1/TIM8（带死区互补 PWM 输出）

  • 通用定时器：TIM2/TIM3/TIM4/TIM5

  • 基本定时器：TIM6/TIM7（支持 CPU 中断、DMA 请求和 DAC 转换触发）

  • 片内模拟电路

  • 3 个 12 位 1 MSPS ADC（支持最多 16 路外部模拟输入通道同时使用；其中 2 路弱驱动信号输入通道和 1 路 5 V 高压信号输入通道）；支持双 ADC 模式，采样率最高 2 MSPS。

  • 2 个 12 位 DAC

  • 1 个温度传感器

  • 1 个 0.8 V 内部参考电压源

  • 1 个 VBAT 电源电阻分压器（分压器输出在片内与 ADC 相连，实现 VBAT电源电压监控）

  • DMA 控制器

  • 2 个独立 DMA：DMA1 和 DMA2

  • DMA1 提供 7 路通道

  • DMA2 提供 5 路通道

  • 支持 Timer、ADC、SPI、I2C、USART、UART 等多种外设触发

  • CPU 调试及跟踪接口

  • SW-DP 两线调试端口

  • JTAG 五线调试端口

  • ARM DWT、FPB、ITM、TPIU 调试追踪模块

  • 单线异步跟踪数据输出接口（TRACESWO）

  • 四线同步跟踪数据输出接口（TRACEDO[3:0]、TRACECKO）

  • 自定义 DBGMCU 调试控制器（低功耗模式仿真控制、调试外设时钟控制、调试及跟踪接口分配）

  • RTC 时钟计数器，配合软件记录年月日时分秒

  • ID 标识

  • 每颗芯片提供一个唯一的 96 位 ID 标识

  • 可靠性

  • 通过 HBM2000V/CDM500V/MM200V/LU200mA 等级测试

文章来源：航顺芯片

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