水閥、油閥、膨脹閥等閥類(lèi)組件在汽車(chē)熱管理系統中扮演著(zhù)調節控制的重要角色。閥類(lèi)應用需具備高可靠性、精準控制等性能,同時(shí)簡(jiǎn)單易用、價(jià)格合理也是硬需求。步進(jìn)電機由于高精度、高性?xún)r(jià)比、電路簡(jiǎn)單等特性,非常契合閥類(lèi)控制。
基于以上市場(chǎng)需求,進(jìn)芯電子推出了一系列適用于小型低功耗步進(jìn)電機控制的閥類(lèi)解決方案,該方基于進(jìn)芯16位定點(diǎn)DSP芯片ADM16F03A2Q開(kāi)發(fā)設計集,成了LDO、預驅及LIN模塊,具有啟動(dòng)及運行電流小、轉速可調節、可恒流運行,可簡(jiǎn)化客戶(hù)開(kāi)發(fā)進(jìn)程,加速產(chǎn)品上市。
該方案主控芯片ADM16F03A2Q進(jìn)芯電子針對電機應用而開(kāi)發(fā)的一款專(zhuān)用芯片,集成ADP16F03 控制器、完整信號采集鏈、智能電源管理單元、6NMOS預驅動(dòng)器、LIN驅動(dòng)器的智能電機控制驅動(dòng)器芯片,外接功率NMOS可單芯片組成有刷/無(wú)刷電機執行器,同時(shí)實(shí)現單線(xiàn)控制和組網(wǎng)。下表是ADM16F03A2Q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、64KB Flash |
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1 ADM16F03A2電機控制相關(guān)資源
如以下框圖所示,集成的5V LDO和12V LDO可以將母線(xiàn)直接接入LDO_IN引腳,無(wú)需其他降壓、分壓器件;同時(shí)內置的6NMOS預驅動(dòng)器只需要在外圍簡(jiǎn)單配置boost器件即可使用;集成的LIN驅動(dòng)器在需要與其他LIN主(從)機進(jìn)行通信時(shí),也可方便快捷的應用。結合我司自研的三半橋驅動(dòng)兩相四線(xiàn)步進(jìn)電機的軟硬件資源,可以實(shí)現用更少的芯片資源占用、更低成本的硬件來(lái)實(shí)現同樣優(yōu)秀的步進(jìn)電機控制。
圖1 ADM16F03A2步進(jìn)電機閥類(lèi)應用框圖
軟件模塊
在三路半橋的基礎上,軟件采用矢量控制方式,將步進(jìn)電機不同線(xiàn)圈的一端并聯(lián)在一起定為公共端,通過(guò)開(kāi)環(huán)SVPWM驅動(dòng)步進(jìn)電機運轉。
圖2 軟件控制邏輯
硬件模塊
電路模塊主要包括:ADM16F03A2芯片最小系統、H橋電路、ADC采樣電路。
1)ADM16F03A2芯片最小系統
ADM16F03A2最小系統如下圖所示,包含JTAG接口、SPI通信接口、串口、PWM模塊、ADC模塊等。系統自帶的運放PGA可以通過(guò)外圍電阻配置為差分模式用于相線(xiàn)電流采樣。當需要用到SPI調試時(shí),可以通過(guò)SPI接口,借助進(jìn)芯SPI通訊調試工具進(jìn)行SPI通信調試;當需要離線(xiàn)燒錄程序時(shí),通過(guò)3V3、TX、RX、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3 ADM16F03A2最小系統
2)H橋電路
H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。
ADM16F03A2內部集成了三相半橋柵極驅動(dòng)芯片,只需搭建簡(jiǎn)易BOOST電路提高上管NMOS柵極驅動(dòng)電壓,其余驅動(dòng)部分均已集成于DSP內部,極大簡(jiǎn)化了PCB硬件布局空間需求以及布局難度,顯著(zhù)降低成本。
相電流采樣電阻200mR 放置在低邊三相任意兩相上,通過(guò)差分走線(xiàn)連接至ADM16F03A2的PGA的外圍放大電路。
圖4 H橋及BOOST電路
3)ADC采樣電路
ADC采樣電路包括兩路橋臂相電流的采樣和母線(xiàn)電壓采樣。相線(xiàn)電流用于堵轉位置檢測 后續還可用于電流環(huán) 母線(xiàn)電壓檢測除用于保護外 還為軟件算法的計算提供電壓參數
圖5 ADC采樣電路
實(shí)物及波形
基于以上應用介紹,我司設計了一塊用于驅動(dòng)12V兩相四線(xiàn)步進(jìn)電機的電子水閥的控制DEMO板。板卡實(shí)物圖和實(shí)測波形圖如下圖所示:
圖6 12V電子水閥驅動(dòng)板
圖7 步進(jìn)針閥運行全行程相電流波形圖
圖8 LIN通信波形圖
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。