隨著汽車產(chǎn)業(yè)“新四化”的加深，風(fēng)扇、冷卻液泵等車載小型設(shè)備的電氣化控制也在不斷推進(jìn)。電子風(fēng)扇幫助內(nèi)燃機(jī)、電池等發(fā)熱設(shè)備進(jìn)行散熱，是車載熱管理系統(tǒng)中的重要一環(huán)。
目前電子風(fēng)扇市場大多使用小型無刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)解決方案，為此，進(jìn)芯電子推出了功率400W-12V/600W-24V電子風(fēng)扇解決方案。該方案采用PWM/LINK通訊方式進(jìn)行調(diào)速和故障反饋，使用單電阻弦波方案，具有順逆風(fēng)啟動(dòng)、電路簡單、控制穩(wěn)定、成本低等優(yōu)點(diǎn)。 電子風(fēng)扇方案以進(jìn)芯ADM16F03A2 DSP作為主控芯片。
圖1 產(chǎn)品樣機(jī)圖
ADM16F03A2簡介
ADM16F03A2是面向無刷電機(jī)控制的16位改進(jìn)型DSP，集成LDO和6NMOS預(yù)驅(qū)模塊，搭載150MHz主頻16位DSP處理核+加速運(yùn)算單元，事件管理器，SPI和SCI模塊，12位ADC， 并集成運(yùn)算放大器、電壓比較器和LIN收發(fā)器；可構(gòu)成控制核心，支持有感、無感、方波、弦波等多模式無刷電機(jī)控制。下表是ADM16F03A2電機(jī)控制方面的資源簡介。
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主架構(gòu) |
C2000系列，16位定點(diǎn)DSP |
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主頻 |
150Mz |
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存儲(chǔ)資源 |
4Kx16位 SARAM、(256+256+32)x16位DARAM、32Kx16位Flash |
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通訊接口 |
SCI、SPI、LIN |
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外設(shè) |
六路NMOS Pre-Driver+4TCON+3CAP+QEP+延時(shí)濾波+運(yùn)算加速單元（除法+開方+反正切+帕克變換+32位乘法移位 |
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模擬外設(shè) |
OPA+3PGA+5比較器+溫度傳感器 |
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電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式 |
有感/無感方波 有感/無感弦波 |
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封裝 |
QFN56 封裝 |
表一 ADM16F03A2電機(jī)控制相關(guān)資源
同時(shí)， ADM16F03A2支持JTAG在線仿真，支持串口SCI方式的最低僅需四線的快速燒錄模式。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(yīng)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，用戶在設(shè)計(jì)電機(jī)控制系統(tǒng)時(shí)可實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的性價(jià)比，ADM16F03A2內(nèi)部集成了六路 NMOS Pre-Driver，運(yùn)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(nèi)嵌 32Kx16 位 Flash, 最高工作頻率為150MHz，可滿足高性能無刷電機(jī)控制的應(yīng)用要求，并簡化系統(tǒng)硬件成本。適用于BLDC/PMSM電機(jī)方波、SVPWM/SPWM、FOC 驅(qū)動(dòng)控制。
硬件模塊介紹
電路模塊主要包括： 輸入防反及濾波電路部分、24V轉(zhuǎn)12V系統(tǒng)供電電路（24V方案）、ADM16F03A2最小系統(tǒng)、功率橋電路、ADC母線電壓采樣電路、單電阻采樣運(yùn)放采樣電路、自舉電路和PWM/LIN通訊反饋電路。
? 輸入防反及濾波電路部分
輸入通過N管，實(shí)現(xiàn)防反功能，加上Π型濾波電路，減少噪聲或干擾信號(hào)。
圖3 防反母線電路
? 24V轉(zhuǎn)12V系統(tǒng)供電電路（24V方案）
通過DC-DC電路，把24V轉(zhuǎn)換成后級(jí)系統(tǒng)需要的12V。
? ADM16F03A2最小系統(tǒng)
ADM16F03A2最小系統(tǒng)如下圖所示，包含JTAG接口、串口、PWM模塊、ADC模塊等。
系統(tǒng)自帶的運(yùn)放OP1可以通過外圍電阻配置為差分模式用于母線電流采樣，運(yùn)放的輸出結(jié)果OP1OUT可接至COMP0 做硬件過流保護(hù)，COMP0內(nèi)部可以設(shè)置不同的比較電平，一旦觸發(fā)閾值，可直接封鎖PWM信號(hào)。
當(dāng)需要離線燒錄程序時(shí)，通過5V、TX、RX、IOPE4、GND信號(hào)測試焊盤，借助進(jìn)芯的離線燒錄工具可實(shí)現(xiàn)快速的脫機(jī)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(jì)6個(gè)NMOS組成三相半橋驅(qū)動(dòng)電路。
單采樣電阻0.001R/0.002R，通過差分走線至ADM16的OP1的獨(dú)立運(yùn)放電路進(jìn)行運(yùn)放輸入到芯片口采樣進(jìn)行運(yùn)算。
圖5 功率橋電路原理圖
? ADC母線電壓采樣電路
母線電壓采樣電路，通過電阻分壓送到芯片AD口，參與運(yùn)算。
圖 6 AD母線電壓采樣原理圖
? 單電阻采樣運(yùn)放采樣電路
通過內(nèi)部獨(dú)立運(yùn)放OP1組進(jìn)行差分運(yùn)放15倍，送到A0口用做過流保護(hù)。
圖 7 運(yùn)放部分電路
? 自舉電路
由芯片內(nèi)部輸出VDRV的12V電壓，給到自舉電路部分，讓上橋驅(qū)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
外部輸入PWM/LIN信號(hào)，通過芯片內(nèi)部集成的LIN模塊實(shí)現(xiàn)PWM/LIN通訊反饋。
圖9 PWM/LIN通訊電路
方案描述
采用單電阻弦波，電路簡單，成本低。無感FOC，功率閉環(huán)、速度閉環(huán)。各項(xiàng)保護(hù)齊全（過欠壓、過流、堵轉(zhuǎn)、缺相、功率）等特點(diǎn)。
產(chǎn)品參數(shù)
電機(jī)轉(zhuǎn)速：2500轉(zhuǎn)/分鐘
電壓：DC12V/24V
功率：400W/600W
多種保護(hù)措施：過流保護(hù)、短路保護(hù)、過壓保護(hù)、欠壓保護(hù)、堵轉(zhuǎn)保護(hù)、缺相保護(hù)、功率保護(hù)、啟動(dòng)保護(hù)等。
本方案使用無感單電阻FOC算法，母線電壓ADC檢測，通過PWM/LIN進(jìn)行控制不同的轉(zhuǎn)速及故障反饋功能。擁有順逆風(fēng)啟動(dòng)，噪聲小，波形控制穩(wěn)定等特點(diǎn)。
技術(shù)支持
進(jìn)芯電子可為客戶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(yīng)的軟硬件開發(fā)技術(shù)支持，需進(jìn)一步了解方案詳情，歡迎致電0731-88731027。
