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进芯电子推出车载12V/24V电子风扇方案

2024-06-13 来源:原创 浏览量:1588


随着汽车产业“新四化”的加深,风扇、冷却液泵等车载小型设备的电气化控制也在不断推进。电子风扇帮助内燃机、电池等发热设备进行散热,是车载热管理系统中的重要一环。


目前电子风扇市场大多使用小型无刷直流电机驱动解决方案,为此,进芯电子推出了功率400W-12V/600W-24V电子风扇解决方案。该方案采用PWM/LINK通讯方式进行调速和故障反馈,使用单电阻弦波方案,具有顺逆风启动、电路简单、控制稳定、成本低等优点。 电子风扇方案以进芯ADM16F03A2 DSP作为主控芯片。 

图1 产品样机图



ADM16F03A2简介

ADM16F03A2是面向无刷电机控制的16位改进型DSP,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, 并集成运算放大器、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

C2000系列,16位定点DSP

主频

150Mz

存储资源

4Kx16位 SARAM、(256+256+32)x16位DARAM、32Kx16位Flash

通讯接口

SCI、SPI、LIN

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

电机驱动方式

有感/无感方波

有感/无感弦波

封装

QFN56 封装

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内部集成了六路 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 32Kx16 位 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: 输入防反及滤波电路部分、24V转12V系统供电电路(24V方案)、ADM16F03A2最小系统、功率桥电路、ADC母线电压采样电路、单电阻采样运放采样电路、自举电路和PWM/LIN通讯反馈电路。


•   输入防反及滤波电路部分


输入通过N管,实现防反功能,加上Π型滤波电路,减少噪声或干扰信号。

图3 防反母线电路


•   24V转12V系统供电电路(24V方案)


通过DC-DC电路,把24V转换成后级系统需要的12V。


•   ADM16F03A2最小系统


ADM16F03A2最小系统如下图所示,包含JTAG接口、串口、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组成三相半桥驱动电路。


单采样电阻0.001R/0.002R,通过差分走线至ADM16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


母线电压采样电路,通过电阻分压送到芯片AD口,参与运算。

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。

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


外部输入PWM/LIN信号,通过芯片内部集成的LIN模块实现PWM/LIN通讯反馈。

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

电机转速:2500转/分钟

电压:DC12V/24V

功率:400W/600W

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。拥有顺逆风启动,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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