電子水泵是車(chē)載熱管理系統的重要一環(huán),用于汽車(chē)水冷散熱系統散熱。當下市場(chǎng)上的水泵方案以BLDC直流無(wú)刷電機為主流,絲滑調節、 精準控制和高性?xún)r(jià)比成為客戶(hù)關(guān)注的重點(diǎn)。
針對以上市場(chǎng)需求,進(jìn)芯電子推出功率40-200W/12V電子水泵,采用PWM/LIN通訊方式進(jìn)行調速和故障反饋。使用單電阻弦波方案,電路簡(jiǎn)單,具備控制穩定、成本低等優(yōu)點(diǎn)。進(jìn)芯電子可提供基于本公司ADM16F03A2 DSP作為主控芯片的高性?xún)r(jià)比電子水泵控制板方案。
圖1 產(chǎn)品樣機圖
ADM16F03A2簡(jiǎn)介
ADM16F03A2是面向無(wú)刷電機控制的16位DSP改進(jìn)型,集成LDO和6NMOS預驅模塊,搭載150MHz主頻16位DSP處理核+加速運算單元、事件管理器、SPI和SCI模塊、12位ADC, 并內置運算放大器、電壓比較器和LIN收發(fā)器;可構成控制核心,支持有感、無(wú)感、方波、弦波等多模式無(wú)刷電機控制。下表是ADM16F03A2電機控制方面的資源簡(jiǎn)介。
主架構 |
16位定點(diǎn)DSP |
主頻 |
150MHz |
存儲資源 |
8KB SARAM、64KBFlash |
單電源供電 |
4.5-40V |
通訊接口 |
SCI(配置成LIN接口) |
外設 |
六路NMOS Pre-Driver+4TCON+3CAP+QEP+延時(shí)濾波+運算加速單元(除法+開(kāi)方+反正切+帕克變換+32位乘法移位 |
模擬外設 |
OPA+3PGA+5比較器+溫度傳感器 |
集成化配置 |
12V-LDO、6NMOS預驅、LIN-PHY |
電機驅動(dòng)方式 |
有感/無(wú)感方波 有感/無(wú)感弦波 |
封裝 |
QFN56 封裝 |
溫度范圍 車(chē)規認證 |
-40-125°C AEC-Q100 |
表一 ADM16F03A2電機控制相關(guān)資源
同時(shí), ADM16F03A2支持JTAG在線(xiàn)仿真,支持串口SCI方式的最低僅需四線(xiàn)的快速燒錄模式。以下為ADM16F03A2芯片引腳定義排布圖:
圖2 芯片引腳定義排布圖
ADM16F03A2應用優(yōu)勢
ADM16F03A2是一款高度集成的高性能BLDC/PMSM控制器,封裝為QFN56,用戶(hù)在設計電機控制系統時(shí)可實(shí)現最優(yōu)的性?xún)r(jià)比,ADM16F03A2內部?jì)戎昧?NMOS Pre-Driver、運算放大器、PGA、比較器、高速ADC、SCI、SPI和LIN等模塊。同時(shí),采用高性能16位CPU,內嵌 64KB FLASH , 最高工作頻率為150MHz,可滿(mǎn)足高性能無(wú)刷電機控制的應用要求,并簡(jiǎn)化系統硬件成本。適用于BLDC/PMSM電機方波、SVPWM/SPWM、FOC 驅動(dòng)控制。
硬件模塊介紹
電路模塊主要包括: 輸入防反母線(xiàn)電容輸入部分、ADM16F03A2最小系統、功率橋電路、ADC母線(xiàn)采樣電路、單電阻采樣運放采樣電路、自舉電路和PWM/LIN通訊反饋電路。
? 輸入防反母線(xiàn)電容輸入部分
輸入通過(guò)N管,實(shí)現防反功能。使用CE1、L1和CE2,構成π型濾波。能有效減少電源的干擾。
圖3 防反母線(xiàn)電路
? ADM16F03A2最小系統
ADM16F03A2最小系統如下圖所示,包含JTAG接口、串口、SPI、PWM模塊、ADC模塊等。
系統自帶的運放OP1可以通過(guò)外圍電阻配置為差分模式用于母線(xiàn)電流采樣,運放的輸出結果OP1OUT可接至COMP0 做硬件過(guò)流保護,COMP0內部可以設置不同的比較電平,一旦觸發(fā)閾值,可直接封鎖PWM信號。
當需要離線(xiàn)燒錄程序時(shí),通過(guò)5V、TX、RX、IOPE4、GND信號測試焊盤(pán),借助進(jìn)芯的離線(xiàn)燒錄工具可實(shí)現快速的脫機燒錄。
圖4 芯片及接口原理圖
? 功率橋電路
功率橋電路采用上下管均為NMOS的配置,總計6個(gè)NMOS組成三相H半橋驅動(dòng)電路。
單采樣電阻0.005R,通過(guò)差分走線(xiàn)至ADM16F03A2的OP1的獨立運放電路進(jìn)行運放輸入到芯片口采樣進(jìn)行運算。
圖5 功率橋電路原理圖
? ADC母線(xiàn)電壓采樣電路
ADC采樣母線(xiàn)采樣電路,母線(xiàn)電壓的值進(jìn)行分壓送到芯片AD口,參與到FOC的運算。
圖6 AD母線(xiàn)電壓采樣原理圖
? 單電阻采樣運放采樣電路
通過(guò)內部獨立運放OP1組進(jìn)行差分運放15倍,送到A0口用做過(guò)流保護,送到A4口進(jìn)行恒功率控制。
圖 7 運放部分電路
? 自舉電路
由芯片內部輸出VDRV的12V電壓,給到自舉電路部分,讓上橋驅動(dòng)電壓抬升,以便可以控制上橋。
圖8 自舉電路部分
? PWM/LIN通訊反饋電路
芯片內部集成LIN芯片,內部兼容識別PWM,可以通過(guò)輸入PWM/LIN進(jìn)行通訊調速和反饋故障。使能LIN_EN引腳,來(lái)實(shí)現打開(kāi)關(guān)閉LIN通訊。
圖9 PWM/LIN通訊電路
方案描述
采用單電阻弦波,電路簡(jiǎn)單,成本低。無(wú)感FOC,功率閉環(huán)、速度閉環(huán)。各項保護齊全(過(guò)欠壓、過(guò)流、堵轉、缺相、功率)等特點(diǎn)。
產(chǎn)品參數
電壓:DC12V
功率:40-200W
多種保護措施:過(guò)流保護、短路保護、過(guò)壓保護、欠壓保護、堵轉保護、缺相保護、功率保護、啟動(dòng)保護等。
本方案使用無(wú)感單電阻FOC算法,母線(xiàn)電壓ADC檢測,通過(guò)PWM/LIN進(jìn)行控制不同的轉速及故障反饋功能。擁有帶載能力強、噪聲小、波形控制穩定等特點(diǎn)。
技術(shù)支持
進(jìn)芯電子可為客戶(hù)提供以上方案的原理圖、PCB參考板圖、源代碼、以及方案所對應的軟硬件開(kāi)發(fā)技術(shù)支持,需進(jìn)一步了解方案詳情,歡迎致電0731-88731027。