重磅新品发力高端工业市场兆易创新布局绿色能源“芯”应用

进入2023年,工业4.0背景下工业控制市场的产业链各级厂商全面发力,不断加速工业制造在数字化、智能化、绿色化等发展方向上的推陈出新。据Prismark统计,2019-2023年全球工业控制市场规模年均复合增长率为3%,预计2023年全球工业控制的市场规模将达到2600亿美元。此外,据Yole Development统计,存储器细分领域NOR Flash在2021年的市场规模为35亿美元,预计2027年增长至49亿美元,年均复合增长率约为6%。可以预见,MCU芯片、嵌入式存储器等作为工业控制领域的核心部件,市场需求量持续攀升,众多上游原厂也在争先发力,各自推出更高性能、更高可靠性的产品以抢占市场先机。

在7月举办的2023年慕尼黑上海电子展,业界领先的半导体器件供应商兆易创新GigaDevice(以下简称兆易创新)以存储器、微、传感器和电源芯片为生态的产品布局,展示了50余款最新的解决方案,其中工业主题展区正是围绕当下热门的工业控制、绿色能源等市场应用提供行业赋能,与现场国内外一众厂商同台竞秀。

 

图1:兆易创新重磅亮相慕尼黑上海电子展

 

GD32H7全新登场,超高端国产MCU瞄准工业级市场

首当其冲的,自然是重磅新品——GD32H7系列。GD32H7系列是兆易创新在2023年5月推出的国内首颗基于Arm®Cortex®-M7内核的MCU产品,主频最高可达600MHz,搭配高达4MB的片上Flash和1MB的SRAM,具有512KB超大紧耦合内存和64KB的L1-Cache高速缓存,并集成硬件DSP、双精度FPU、硬件三角函数加速器TMU和滤波算法加速器FAC等功能,这些内置资源可以大幅度地提升处理效率和实时性。在实际应用场景中,例如实现工业机器人精准的方向位移、动作顺序等,要求对电机进行愈加复杂、精细和更低延迟的控制,GD32H7可以从容应对对MCU性能、功能、实时性、接口速率等提出的新挑战。

 

图2:GD32H7全功能评估板

 

展台工作人员介绍道,GD32H7系列拥有丰富的USART、I2C、SPI等通用的串口外设资源以及高速的CAN-FD、工业以太网等接口,片上集成了2个采样速率高达4MSPS的14位ADC,1个采样速率高达5.3MSPS的12位ADC,这些特性在电机控制、光伏储能等应用中可以提供高精度采样率和快速响应,同时也适用于工业网卡、变频器、伺服器、数字信号处理,乃至大型民用无人机等应用。

当然,数据安全也是智能工厂的必备要素。兆易创新GD32H7系列提供了多种安全加密功能,包括DES、三重DES、AES算法及哈希算法,集成RTDEC模块,可进一步保护连接到AXI或AHB总线的外部存储器的数据安全,防止在工厂和现场的通信过程中受到的威胁,确保物联网硬件数据安全。

 

存储与控制并驾齐驱,兆易创新拓宽绿色能源应用布局

在双碳政策的推动下,光伏、储能等绿色能源产业迎来飞速发展。据悉,兆易创新正在积极开拓能源产业从发电、储电、用电等环节的应用布局,以满足不断增长的市场需求。例如在发电侧,兆易创新展示了搭配GD25Q系列SPI NOR Flash的光伏逆变器。由于光伏逆变器通常工作在复杂恶劣的工业环境中,这就对各器件的稳定性提出了严苛的要求。兆易创新GD25Q系列NOR Flash具备在-40℃~125℃的环境温度下、保证稳定运行的优异特性,可以提供高可靠存储来确保用户数据和信息安全。展台工作人员表示,搭载GD25Q系列NOR Flash的逆变器已经广泛应用于光伏和风电发电系统,并且和国内多家客户合作,销往北美、欧洲和全球其他地区,持续为绿色能源产业贡献力量。

不仅如此,光伏逆变器的目的是从太阳能板中提取最大功率,并且将清洁能源馈入电网。为了确保这一点,功率级电压和电流必须被准确采样,并且需要为DC-DC和DC-AC中的电源开关准确生成脉宽调制(PWM),这一过程也需要主协助完成。随着微型逆变器的兴起,以及供货保障和降本增效的需求,不少逆变器厂商开始采用高性能MCU替代传统的DSP,兆易创新可根据应用需求提供包含GD25系列NOR Flash以及GD32系列MCU在内的多种产品组合,打造灵活可配、更具竞争力的逆变器解决方案。

在用电侧,电源管理方案是提高系统整机电源转换效率的一环。数字电源作为一种基于数字信号处理技术的电源,可以通过高效的数字控制方式,实现各种电压、电流输出的精确调节和稳定性控制,具有更高的可编程性、自动化程度和抗干扰能力,因此成为电源方案的新趋势。在兆易创新展台,就有这么一款数字电源方案引发了行业观众们的围观与热议——基于GD32E503R打造的SMPS(PFC+LLC)开关电源解决方案。

 

图3:SMPS(PFC+LLC)开关电源解决方案

 

该方案采用有桥PFC+半桥LLC拓扑,最大功率达到500W,整机最大效率90.85%。值得一提的是,强弱电两侧分别由两颗GD32MCU控制:PFC使用GD32E230C控制,输入220V交流电,输出415V直流电压,PFC最大效率95.40%;LLC使用GD32E503R控制,输入415V直流电压,输出24V直流电压,LLC最大效率96.04%。其中,GD32E503R采用SHRTIMER控制LLC MOS管的频率变化,使得控制精度更高。该方案具有过压、欠压、过流、过温等保护功能,可广泛应用于工业领域中SMPS、户外电源、数据中心/通讯基站电源模块。

此外,兆易创新展示的3.3KW双向DC/DC解决方案也同样出色,这是一款基于GD32F3和GD32E5系列的CLLLC直流变换器。该方案在PFC部分使用了氮化镓(GaN)功率器件,另一侧则使用碳化硅(SiC)功率器件,结构紧凑变压效率高,更加符合当前业界采用第三代半导体器件的电源设计趋势,非常适用于各类储能和配电系统的数字电源方案。GD32F330/E230便携式双向储能系统解决方案也是焦点展示之一,其基于GD32E230设计储能DC控制板、GD32F330设计MTTP充电板,输出电压和功率可调,最高可达3KW,优化的算法也提供了更好的跟踪效率和安全保护机制,使之在户外电源应用中备受关注。

 

图4:便携式双向储能系统解决方案

 

当前,随着工业4.0、光伏、储能等新兴应用的崛起,兆易创新积极布局并不断发力,突破了工业类应用半导体市场的传统格局和技术壁垒,取得了可观的市场份额,表明本土厂商在高端、高性能、高可靠性要求的芯片设计能力正在迈向一线梯队,并且在不少垂直应用收获了长期市场验证的底气与实力。

展台工作人员表示,新基建、双碳等领域是兆易创新长期关注并且布局的重点行业之一。为了迎接这一波可再生能源的新浪潮,兆易创新不断开拓存储器、微、电源芯片等产品线,致力打造完善的产品生态布局,加快客户与市场验证,积累行业应用经验,从而为蓄势而发的增量市场注入创新源动力。