1918年汽車(chē)上引入6V蓄電池，1950年引入12V系統(tǒng)， 2011年汽車(chē)廠(chǎng)商開(kāi)始推行48V系統(tǒng)。未來(lái)幾年，48V車(chē)載電子設(shè)備需求量將爆發(fā)式增長(zhǎng)。為此，ZLG推出基于Elmos E523.52的適用于48V系統(tǒng)的直流無(wú)刷電機(jī)控制方案。

引言

2011年，奧迪、寶馬、戴姆勒、保時(shí)捷、大眾等汽車(chē)廠(chǎng)商聯(lián)合推出了48V車(chē)載電氣系統(tǒng)規(guī)范，以滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的車(chē)載負(fù)載需求，更重要的是為了滿(mǎn)足2020年即將實(shí)施的嚴(yán)格的排放法規(guī)。為了節(jié)能減排，傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)上的高負(fù)載附件電動(dòng)化是必然趨勢(shì)，空調(diào)壓縮機(jī)、冷卻水泵、冷卻風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)等大功率設(shè)備必將轉(zhuǎn)移到48V電驅(qū)動(dòng)。隨著技術(shù)的進(jìn)步，廠(chǎng)商也開(kāi)始將12V/48V雙電壓系統(tǒng)進(jìn)化到48V單電壓系統(tǒng)。

可以預(yù)見(jiàn)在不久的將來(lái)，48V系統(tǒng)車(chē)載電子設(shè)備的需求量會(huì)爆發(fā)式增長(zhǎng)?；谑袌?chǎng)趨勢(shì)，ZLG推出基于Elmos E523.52的無(wú)刷電機(jī)控制方案，該方案適配24V/48V系統(tǒng)下的水泵、風(fēng)機(jī)等三相直流無(wú)刷電機(jī)。

E523.52芯片

E523.52—高集成度電機(jī)控制芯片

E523.52是德國(guó)Elmos公司推出的一款可編程三相直流無(wú)刷電機(jī)控制芯片，通過(guò)了AEC-Q100認(rèn)證。它集成了6個(gè)柵極驅(qū)動(dòng)器、1個(gè)相電壓檢測(cè)模塊、1個(gè)運(yùn)放、1個(gè)11V降壓轉(zhuǎn)換器、2個(gè)線(xiàn)性穩(wěn)壓器、16位RISC微控制器和內(nèi)部檢測(cè)保護(hù)模塊。適用于24V/48V的車(chē)載系統(tǒng)汽車(chē)電機(jī)以及工業(yè)電機(jī)應(yīng)用。

圖1 E523.52架構(gòu)框圖

E523.52是直流無(wú)刷三相電機(jī)的單芯片解決方案，其特征如下：

高集成度的汽車(chē)級(jí)電機(jī)控制芯片；

電源電壓范圍12V-72V；

工作溫度：-40℃-150℃，具有內(nèi)部溫度監(jiān)控模塊；

集成汽車(chē)16位RISC處理器，H430內(nèi)核；

具有ECC錯(cuò)誤保護(hù)的32kByte Flash，16kROM，4kSRAM奇偶校驗(yàn)保護(hù)；

集成11V最高100mA高效DC-DC轉(zhuǎn)換器；

集成兩個(gè)LDO，提供3.3V和1.8V電壓；

集成柵極驅(qū)動(dòng)器，并具有可編程死區(qū)和保護(hù)功能；

集成運(yùn)算放大器；

集成PWM模塊，可自動(dòng)查表生成各種換向波形；

速率高達(dá)1MS/s的12位ADC，自主采樣序列，可與PWM同步；

4個(gè)定時(shí)器單元，具有捕獲、比較功能；

超高散熱效率的QFN36L7封裝，僅7x7mm。

E52352電機(jī)控制器設(shè)計(jì)

3.1硬件設(shè)計(jì)

AMC-48x50-E52352是ZLG推出的一款基于Elmos E523.52的汽車(chē)電機(jī)控制完整解決方案，旨在為廠(chǎng)商提供48V車(chē)載系統(tǒng)下的汽車(chē)無(wú)刷電機(jī)控制軟硬件參考。

如圖2，得益于E523.52的高集成度，方案僅用1個(gè)MCU、6+1個(gè)MOS管、1個(gè)采樣電阻、1個(gè)LIN PHY（選配）及必要的基礎(chǔ)器件，即搭建了完整的汽車(chē)三相直流無(wú)刷電機(jī)控制系統(tǒng)。

圖2 方案框圖

電源設(shè)計(jì)上，無(wú)需外部電源芯片。內(nèi)部電源管理模塊將高壓轉(zhuǎn)換為11V、3.3V、1.8V，為柵極驅(qū)動(dòng)器和MCU內(nèi)部供電，同時(shí)可向外部負(fù)載（如LIN PHY）供電。

在電機(jī)驅(qū)動(dòng)接口上，無(wú)需外部驅(qū)動(dòng)電路，僅需6個(gè)外部MOSFET和少量基礎(chǔ)元件。

在檢測(cè)與保護(hù)上，無(wú)需外部運(yùn)算放大器和電壓檢測(cè)電路。使用內(nèi)部檢測(cè)與保護(hù)模塊和運(yùn)算放大器，可實(shí)現(xiàn)電壓檢測(cè)、MOSFET欠壓和保護(hù)、電流控制和過(guò)流檢測(cè)功能。

9個(gè)可配置功能的IO，所有IO均可作為ADC輸入引腳，可非常方便地?cái)U(kuò)展功能。

圖3是AMC-48x50-E52352控制板實(shí)物圖，使用2層板，單面放置器件，PCB尺寸為φ90mm，設(shè)計(jì)最大功率為1.5kW。支持LIN、PWM、UART、電壓等多種調(diào)速方式，具有過(guò)/欠壓、過(guò)流、堵轉(zhuǎn)、空轉(zhuǎn)等保護(hù)機(jī)制。

圖3 實(shí)物圖

使用E523.52設(shè)計(jì)電機(jī)控制器，僅需極少的外部器件，可以使PCB布局和布線(xiàn)變得非常簡(jiǎn)單，極大減少了BOM成本和PCB尺寸。在設(shè)計(jì)最大功率為500W左右的電機(jī)控制板時(shí)，單面放置器件的情況下，PCB尺寸可進(jìn)一步縮小到φ60mm。另外得益于E523.52的高集成度及專(zhuān)門(mén)優(yōu)化的引腳排列順序，可按需設(shè)計(jì)成單層板以減少PCB成本。ZLG可提供完整的《硬件設(shè)計(jì)指南》和PCB參考工程。

3.2軟件設(shè)計(jì)

AMC-48x50-E52352采用ELMOS特有的無(wú)傳感正弦波算法。該算法相比傳統(tǒng)的FOC算法，在保證電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)效率的前提下，極大降低了控制系統(tǒng)對(duì)電機(jī)參數(shù)的敏感度，同時(shí)控制參數(shù)也極大簡(jiǎn)化。使用這套算法，在調(diào)試過(guò)程中無(wú)需測(cè)量電機(jī)參數(shù)，僅需簡(jiǎn)單配置程序設(shè)置，加快了適配不同電機(jī)的開(kāi)發(fā)進(jìn)程。

ZLG可提供完整的針對(duì)車(chē)載冷卻風(fēng)機(jī)和冷卻水泵進(jìn)行優(yōu)化控制的軟件包源碼。軟件包中包含無(wú)須配置參數(shù)的初始位置檢測(cè)算法，無(wú)須傳統(tǒng)的風(fēng)機(jī)定位步驟，可以在順逆風(fēng)中快速可靠啟動(dòng)。

結(jié)語(yǔ)

E523.52是一款汽車(chē)級(jí)高集成度的電機(jī)控制芯片，專(zhuān)為電機(jī)控制設(shè)計(jì)，可以有效減少BOM成本和PCB尺寸。功能完整、使用方便的軟件可簡(jiǎn)化調(diào)試步驟，加速開(kāi)發(fā)進(jìn)程。

ZLG推出的AMC-48x50-E52352汽車(chē)電機(jī)控制解決方案，在電機(jī)啟動(dòng)、運(yùn)行過(guò)程中，均表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。ZLG提供《硬件設(shè)計(jì)指南》、《軟件開(kāi)發(fā)手冊(cè)》、《電機(jī)調(diào)試指南》和程序源碼，可協(xié)助廠(chǎng)商進(jìn)行電機(jī)控制器快速開(kāi)發(fā)。