恩智浦MCU在家庭儲(chǔ)能及戶外電源領(lǐng)域的應(yīng)用設(shè)計(jì)

在雙碳目標(biāo)的引領(lǐng)下，新型儲(chǔ)能及分布式電源是建設(shè)新型電力系統(tǒng)、推動(dòng)能源綠色低碳轉(zhuǎn)型的重要裝備基礎(chǔ)和關(guān)鍵技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的重要支撐， 恩智浦MCU器件(LPC, Kinetis V, MCX及DSC)可以系列化滿足家庭儲(chǔ)能及戶外電源方面的方案設(shè)計(jì)需求，今天我們來看看恩智浦在這些應(yīng)用領(lǐng)域有哪些優(yōu)勢(shì)。 ? ?

產(chǎn)品中適合的相關(guān)技術(shù)

首先我們先看一下恩智浦產(chǎn)品中有哪些適合的相關(guān)技術(shù)：

LPC55，MCX，DSC系列MCU集成PowerQuad DSP協(xié)處理器，大大提升電力電子變流器FFT，IIR，F(xiàn)IR等常用算法運(yùn)算效力。

恩智浦獨(dú)有的FreeMASTER工具提供可代替示波器的快速在線波形監(jiān)視及存儲(chǔ)分析功能，提升電力電子應(yīng)用的調(diào)試效率。

經(jīng)由VDE認(rèn)證的Function Safety軟件庫(kù)，支持功能安全的快速部署。

提供LVGL GUI Guider工具支持快速UI界面設(shè)計(jì)。

MC3377x系列AFE芯片提供經(jīng)過汽車市場(chǎng)廣泛驗(yàn)證的準(zhǔn)確，高可靠的模擬前端解決方案。LPC551x/0x+MC33771/2C及LPC551x/0x+MC33665/MC33774C組合提供極具性價(jià)比的高可靠BMS解決方案。

依托NXP在WIFI和BLE上豐富的產(chǎn)品線，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)快速配網(wǎng)及云接入。

典型的家庭儲(chǔ)能系統(tǒng)

下面我們來觀察一個(gè)典型的家庭儲(chǔ)能系統(tǒng)（包含儲(chǔ)能電池及儲(chǔ)能變流器）或者戶外電源，它主要由MPPT模塊，DC-DC模塊，逆變模塊，電池組，以及直流輸出模塊等單元組成（如下圖所示），各個(gè)模塊都需要內(nèi)置MCU來實(shí)現(xiàn)狀態(tài)采集、功能控制、通信和保護(hù)等功能。

? 恩智浦LPC5500，MCX，DSC，Kinetis系列MCU均支持105℃耐溫，同時(shí)部分MCU內(nèi)置了高速16bit ADC(2Msps)，F(xiàn)lexPWM（產(chǎn)生互補(bǔ)PWM信號(hào)，支持死區(qū)），HSCMP比較器，OPAMP運(yùn)放，F(xiàn)lexIO（可模擬多種顯示接口時(shí)序），TSI（觸摸按鍵）等外設(shè)，系列化滿足MPPT，LLC，DAB，純正弦波逆變，LCD顯示，BMS，通信等功能的需求。同時(shí)恩智浦MCU支持IAR，Keil，MCUXpresso IDE等多種集成開發(fā)環(huán)境，有助于用戶快速上手。 ? ?

相關(guān)應(yīng)用技術(shù)介紹

接下來我們分別介紹恩智浦產(chǎn)品的各項(xiàng)相關(guān)技術(shù)，及在家庭儲(chǔ)能及戶外電源領(lǐng)域中的功能角色。

第一個(gè)要介紹的是PowerQuad。PowerQuad是MCU內(nèi)部集成的一個(gè)DSP協(xié)處理器，能大大提升常用DSP算法在MCU中的執(zhí)行性能，如在電力電子應(yīng)用領(lǐng)域，PowerQuad內(nèi)含的FFT/iFFT, FIR, IIR模塊，能提供相較于Arm Cortex-M內(nèi)核更高效能的實(shí)現(xiàn)方案。

LPC55(s)3x和MCX N947等器件均內(nèi)嵌PowerQuad協(xié)處理器。

FreeMaster調(diào)試工具

第二個(gè)當(dāng)屬FreeMASTER，這是一款不得不提的工具。FreeMASTER是NXP獨(dú)有的運(yùn)行時(shí)調(diào)試工具，一種用戶友好的實(shí)時(shí)調(diào)試監(jiān)測(cè)器和數(shù)據(jù)可視化工具，可用于運(yùn)行時(shí)配置和調(diào)試嵌入式軟件應(yīng)用。 ?

FreeMASTER支持對(duì)正在運(yùn)行的系統(tǒng)上的變量進(jìn)行非侵入式監(jiān)測(cè)，并且可以在示波器或顯示器上以標(biāo)準(zhǔn)小部件（儀表、滑塊等）或文本形式的數(shù)據(jù)形式顯示多個(gè)變量，從而提供易于使用的數(shù)據(jù)記錄器（下圖所示數(shù)據(jù)記錄結(jié)果）。

FreeMASTER可以與自定義HTML、MATLAB或Excel鏈接到其他可編寫腳本的框架，以將MCU硬件添加到控制環(huán)路中。從運(yùn)行FreeMASTER的主機(jī)到目標(biāo)系統(tǒng)的連接可直接在廣泛的通信外設(shè)或調(diào)試通道上進(jìn)行。FreeMASTER直接在桌面應(yīng)用中嵌入圖形、表格網(wǎng)格和Web視圖。FreeMASTER連接通過使用JSON RPC調(diào)用的網(wǎng)絡(luò)連接建立，客戶端實(shí)施可用于Python、C/C ++/C#和其他語言。

FreeMASTER提供了一個(gè)新組件：FreeMASTER Lite。它是一種輕量級(jí)服務(wù)，利用可以在Windows或Linux主PC上運(yùn)行的JSON RPC協(xié)議，并允許在Web瀏覽器應(yīng)用（在本地或遠(yuǎn)程主計(jì)算機(jī)或移動(dòng)設(shè)備上運(yùn)行）上實(shí)施自定義UI應(yīng)用。

下圖所示，通過FreeMASTER我們可以方便地監(jiān)視各級(jí)電力電子變換器的輸入輸出電壓，電流等監(jiān)測(cè)量。

? ?

功能安全方面的支持

電力儲(chǔ)能系統(tǒng)因其應(yīng)用的特殊性，越來越需要具備功能安全方面的支持。

在MCU應(yīng)用市場(chǎng)中，NXP率先在部分MCU的SDK庫(kù)中提供了Function Safety Library，支持IEC61508工業(yè)功能安全標(biāo)準(zhǔn)及IEC60730家用功能安全標(biāo)準(zhǔn)（其中LPC55(s)36通過TUV SOD官方認(rèn)證）。幫助客戶產(chǎn)品快速實(shí)現(xiàn)對(duì)以上功能安全標(biāo)準(zhǔn)的支持，客戶可以通過MCUXpresso SDK提供的SDK Builder功能可以方便地在SDK庫(kù)中集成Safety Library（如下圖所示勾選相應(yīng)選項(xiàng)）。

炫酷的用戶界面設(shè)計(jì)

現(xiàn)代很多電源產(chǎn)品都需要實(shí)現(xiàn)炫酷的用戶界面，接下來我們介紹簡(jiǎn)單易用的LVGL GUI Guider圖形工具。GUI Guider是恩智浦提供的用戶友好型圖形用戶界面開發(fā)工具，可通過開源LVGL圖形庫(kù)快速開發(fā)高品質(zhì)的顯示。GUI Guider的拖放編輯器可以輕松利用LVGL的眾多特性，如小部件、動(dòng)畫和樣式來創(chuàng)建GUI，而只需少量代碼或根本無需任何代碼。

如下圖所示，單擊按鈕，您可以在模擬環(huán)境中運(yùn)行應(yīng)用或?qū)⑵鋵?dǎo)出到目標(biāo)項(xiàng)目。可以很輕松地將GUI Guider生成的代碼添加到MCUXpresso IDE或IAR Embedded Workbench項(xiàng)目中，從而加速開發(fā)過程，并允許無縫地將嵌入式用戶界面添加到應(yīng)用中。GUI Guider可免費(fèi)與恩智浦的通用和跨界MCU一起使用，并包括用于多個(gè)受支持平臺(tái)的內(nèi)置項(xiàng)目模板。

?

? ?

BMS系統(tǒng)

下面讓我們把聚光燈給到大明星BMS系統(tǒng)， BMS系統(tǒng)是專門用來進(jìn)行電池運(yùn)行管理的模塊，是整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)電池安全的重要保障，恩智浦的BMS方案在汽車市場(chǎng)得到了廣泛應(yīng)用和認(rèn)可。

針對(duì)家庭儲(chǔ)能(48V低壓系統(tǒng) )和戶外電源應(yīng)用方向，如下圖所示，LPC551x/0x+MC33771C（Battery Cell Controller）可提供單芯片3-6及7-14串電池管理功能，LPC551x/0x具備96-150Mhz的主頻，支持FPU和MMU指令，可高效率運(yùn)行SOC、SOP、SOH等BMS核心控制算法，精準(zhǔn)修正單節(jié)電池充/放電狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)總輸入/輸出功率和電池組健康狀態(tài)的監(jiān)測(cè)。

針對(duì)家庭儲(chǔ)能(高壓500V-600V系統(tǒng) )，如下圖所示，LPC551x/0x+ MC33665/MC33774C的技術(shù)方案通過菊花鏈方式，提供對(duì)500V以上的電池包的支持。其中MC33774C作為恩智浦新一代模擬前端，單芯片支持18串電池管理，同時(shí)內(nèi)建電池均衡功能；MC33665作為網(wǎng)關(guān)（Battery Gateway），為L(zhǎng)PC551x/0x與MC33774C模擬前端提供橋接服務(wù)。 同時(shí)通過BJB模塊總體負(fù)責(zé)高壓側(cè)電池包的電壓電流采樣，與LPC551x/0x之間采用通信方式實(shí)現(xiàn)有效電氣隔離，有利于降低用戶實(shí)現(xiàn)高壓電氣隔離的成本。

此外LPC551x/0x提供了豐富的外設(shè)接口，其中LPC55(s)16支持多達(dá)9個(gè)FlexComm模塊讓你隨心所欲增加UART、IIC、SPI等接口，同時(shí)支持1路CAN-FD，實(shí)現(xiàn)故障診斷和警告上報(bào)。 最后，恩智浦MCU目前支持多種接口的OTG實(shí)現(xiàn)方式，可以來對(duì)BMS控制板固件進(jìn)行升級(jí)，可實(shí)現(xiàn)手機(jī)APP升級(jí)BMS控制板固件，并且自帶多種加密算法模塊（AES，SHA），有效保護(hù)用戶代碼。 ? ?

BLE/WIFI無線通信產(chǎn)品

最后我們來介紹恩智浦BLE/WIFI無線通信產(chǎn)品線，恩智浦提供豐富的單模2.4GHz，及雙模2.4GHz+5Ghz WIFI產(chǎn)品，并同時(shí)分別支持BLE4.2及BLE5.1標(biāo)準(zhǔn)，可用于家庭儲(chǔ)能及戶外電源的無線接入，同時(shí)恩智浦合作伙伴基于恩智浦芯片提供多種無線模組，方便用戶快速接入亞馬遜，百度云，阿里云，中移OneNET等云平臺(tái)。

在結(jié)束本文前，將恩智浦MCU相關(guān)產(chǎn)品的基本資源配置，列表如下以供參考：

?

? ?

編輯：黃飛

?