水阀、油阀、膨胀阀等阀类组件在汽车热管理系统中扮演着调节控制的重要角色。阀类应用需具备高可靠性、精准控制等性能，同时简单易用、价格合理也是硬需求。步进电机由于高精度、高性价比、电路简单等特性，非常契合阀类控制。
基于以上市场需求，进芯电子推出了一系列适用于小型低功耗步进电机控制的阀类解决方案，该方基于进芯16位定点DSP芯片ADM16F03A2Q开发设计集，成了LDO、预驱及LIN模块，具有启动及运行电流小、转速可调节、可恒流运行，可简化客户开发进程，加速产品上市。
该方案主控芯片ADM16F03A2Q进芯电子针对电机应用而开发的一款专用芯片，集成ADP16F03 控制器、完整信号采集链、智能电源管理单元、6NMOS预驱动器、LIN驱动器的智能电机控制驱动器芯片，外接功率NMOS可单芯片组成有刷/无刷电机执行器，同时实现单线控制和组网。下表是ADM16F03A2Q电机控制方面的资源简介：
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主架构 |
16位定点DSP |
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主频 |
150MHz |
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存储资源 |
8KB SARAM、64KB Flash |
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单电源供电 |
4.5-40V |
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通讯接口 |
SCI(配置成LIN接口) |
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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 |
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模拟外设 |
OPA+3PGA+5比较器+温度传感器 |
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集成化配置 |
12V-LDO、6NMOS预驱、LIN-PHY |
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电机驱动方式 |
有感/无感方波 有感/无感弦波 |
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封装 |
QFN56 封装 |
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温度范围 车规认证 |
-40-125°C AEC-Q100 |
表1 ADM16F03A2电机控制相关资源
如以下框图所示，集成的5V LDO和12V LDO可以将母线直接接入LDO_IN引脚，无需其他降压、分压器件；同时内置的6NMOS预驱动器只需要在外围简单配置boost器件即可使用；集成的LIN驱动器在需要与其他LIN主（从）机进行通信时，也可方便快捷的应用。结合我司自研的三半桥驱动两相四线步进电机的软硬件资源，可以实现用更少的芯片资源占用、更低成本的硬件来实现同样优秀的步进电机控制。
图1 ADM16F03A2步进电机阀类应用框图
软件模块
在三路半桥的基础上，软件采用矢量控制方式，将步进电机不同线圈的一端并联在一起定为公共端，通过开环SVPWM驱动步进电机运转。
图2 软件控制逻辑
硬件模块
电路模块主要包括：ADM16F03A2芯片最小系统、H桥电路、ADC采样电路。
1）ADM16F03A2芯片最小系统
ADM16F03A2最小系统如下图所示，包含JTAG接口、SPI通信接口、串口、PWM模块、ADC模块等。系统自带的运放PGA可以通过外围电阻配置为差分模式用于相线电流采样。当需要用到SPI调试时，可以通过SPI接口，借助进芯SPI通讯调试工具进行SPI通信调试；当需要离线烧录程序时，通过3V3、TX、RX、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3 ADM16F03A2最小系统
2）H桥电路
H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。
ADM16F03A2内部集成了三相半桥栅极驱动芯片，只需搭建简易BOOST电路提高上管NMOS栅极驱动电压，其余驱动部分均已集成于DSP内部，极大简化了PCB硬件布局空间需求以及布局难度，显著降低成本。
相电流采样电阻200mR 放置在低边三相任意两相上，通过差分走线连接至ADM16F03A2的PGA的外围放大电路。
图4 H桥及BOOST电路
3）ADC采样电路
ADC采样电路包括两路桥臂相电流的采样和母线电压采样。相线电流用于堵转位置检测 后续还可用于电流环 母线电压检测除用于保护外 还为软件算法的计算提供电压参数
图5 ADC采样电路
实物及波形
基于以上应用介绍，我司设计了一块用于驱动12V两相四线步进电机的电子水阀的控制DEMO板。板卡实物图和实测波形图如下图所示：
图6 12V电子水阀驱动板
图7 步进针阀运行全行程相电流波形图
图8 LIN通信波形图
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。
