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进芯电子12V电子水泵方案

2024-06-28 来源:原创 浏览量:1199


电子水泵是车载热管理系统的重要一环,用于汽车水冷散热系统散热。当下市场上的水泵方案以BLDC直流无刷电机为主流,丝滑调节、 精准控制和高性价比成为客户关注的重点。


针对以上市场需求,进芯电子推出功率40-200W/12V电子水泵,采用PWM/LIN通讯方式进行调速和故障反馈。使用单电阻弦波方案,电路简单,具备控制稳定、成本低等优点。进芯电子可提供基于本公司ADM16F03A2 DSP作为主控芯片的高性价比电子水泵控制板方案。 

图1 产品样机图




ADM16F03A2简介

ADM16F03A2是面向无刷电机控制的16位DSP改进型,集成LDO和6NMOS预驱模块,搭载150MHz主频16位DSP处理核+加速运算单元、事件管理器、SPI和SCI模块、12位ADC, 并内置运算放大器、电压比较器和LIN收发器;可构成控制核心,支持有感、无感、方波、弦波等多模式无刷电机控制。下表是ADM16F03A2电机控制方面的资源简介。


主架构

16位定点DSP

主频

150MHz

存储资源

8KB SARAM、64KBFlash

单电源供电

4.5-40V

通讯接口

SCI(配置成LIN接口)

外设

六路NMOS Pre-Driver+4TCON+3CAP+QEP+延时滤波+运算加速单元(除法+开方+反正切+帕克变换+32位乘法移位

模拟外设

OPA+3PGA+5比较器+温度传感器

集成化配置

12V-LDO、6NMOS预驱、LIN-PHY

电机驱动方式

有感/无感方波

有感/无感弦波

封装

QFN56 封装

温度范围

车规认证

-40-125°C

AEC-Q100

表一 ADM16F03A2电机控制相关资源


同时, ADM16F03A2支持JTAG在线仿真,支持串口SCI方式的最低仅需四线的快速烧录模式。以下为ADM16F03A2芯片引脚定义排布图:

图2 芯片引脚定义排布图



ADM16F03A2应用优势

ADM16F03A2是一款高度集成的高性能BLDC/PMSM控制器,封装为QFN56,用户在设计电机控制系统时可实现最优的性价比,ADM16F03A2内部内置六路 NMOS Pre-Driver、运算放大器、PGA、比较器、高速ADC、SCI、SPI和LIN等模块。同时,采用高性能16位CPU,内嵌 64KB FLASH , 最高工作频率为150MHz,可满足高性能无刷电机控制的应用要求,并简化系统硬件成本。适用于BLDC/PMSM电机方波、SVPWM/SPWM、FOC 驱动控制。




硬件模块介绍

电路模块主要包括: 输入防反母线电容输入部分、ADM16F03A2最小系统、功率桥电路、ADC母线采样电路、单电阻采样运放采样电路、自举电路和PWM/LIN通讯反馈电路。


•   输入防反母线电容输入部分


输入通过N管,实现防反功能。使用CE1、L1和CE2,构成π型滤波。能有效减少电源的干扰。

图3 防反母线电路



•   ADM16F03A2最小系统


ADM16F03A2最小系统如下图所示,包含JTAG接口、串口、SPI、PWM模块、ADC模块等。


系统自带的运放OP1可以通过外围电阻配置为差分模式用于母线电流采样,运放的输出结果OP1OUT可接至COMP0 做硬件过流保护,COMP0内部可以设置不同的比较电平,一旦触发阈值,可直接封锁PWM信号。


当需要离线烧录程序时,通过5V、TX、RX、IOPE4、GND信号测试焊盘,借助进芯的离线烧录工具可实现快速的脱机烧录。

图4 芯片及接口原理图



•   功率桥电路


功率桥电路采用上下管均为NMOS的配置,总计6个NMOS组成三相H半桥驱动电路。


单采样电阻0.005R,通过差分走线至ADM16F03A2的OP1的独立运放电路进行运放输入到芯片口采样进行运算。

图5 功率桥电路原理图



•   ADC母线电压采样电路


ADC采样母线采样电路,母线电压的值进行分压送到芯片AD口,参与到FOC的运算。

图6  AD母线电压采样原理图



•   单电阻采样运放采样电路


通过内部独立运放OP1组进行差分运放15倍,送到A0口用做过流保护,送到A4口进行恒功率控制。

图 7 运放部分电路



•   自举电路


由芯片内部输出VDRV的12V电压,给到自举电路部分,让上桥驱动电压抬升,以便可以控制上桥。

图8 自举电路部分



•   PWM/LIN通讯反馈电路


芯片内部集成LIN芯片,内部兼容识别PWM,可以通过输入PWM/LIN进行通讯调速和反馈故障。使能LIN_EN引脚,来实现打开关闭LIN通讯。

图9 PWM/LIN通讯电路




方案描述

采用单电阻弦波,电路简单,成本低。无感FOC,功率闭环、速度闭环。各项保护齐全(过欠压、过流、堵转、缺相、功率)等特点。




产品参数

电压:DC12V

功率:40-200W

多种保护措施:过流保护、短路保护、过压保护、欠压保护、堵转保护、缺相保护、功率保护、启动保护等。


本方案使用无感单电阻FOC算法,母线电压ADC检测,通过PWM/LIN进行控制不同的转速及故障反馈功能。拥有带载能力强、噪声小、波形控制稳定等特点。


技术支持




进芯电子可为客户提供以上方案的原理图、PCB参考板图、源代码、以及方案所对应的软硬件开发技术支持,需进一步了解方案详情,欢迎致电0731-88731027。



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