1918年汽車上引入6V蓄電池，1950年引入12V系統(tǒng)， 2011年汽車廠商開始推行48V系統(tǒng)。未來幾年，48V車載電子設(shè)備需求量將爆發(fā)式增長。為此，ZLG推出基于Elmos E523.52的適用于48V系統(tǒng)的直流無刷電機控制方案。

引言

2011年，奧迪、寶馬、戴姆勒、保時捷、大眾等汽車廠商聯(lián)合推出了48V車載電氣系統(tǒng)規(guī)范，以滿足日益增長的車載負載需求，更重要的是為了滿足2020年即將實施的嚴格的排放法規(guī)。為了節(jié)能減排，傳統(tǒng)發(fā)動機上的高負載附件電動化是必然趨勢，空調(diào)壓縮機、冷卻水泵、冷卻風(fēng)機、鼓風(fēng)機等大功率設(shè)備必將轉(zhuǎn)移到48V電驅(qū)動。隨著技術(shù)的進步，廠商也開始將12V/48V雙電壓系統(tǒng)進化到48V單電壓系統(tǒng)。

可以預(yù)見在不久的將來，48V系統(tǒng)車載電子設(shè)備的需求量會爆發(fā)式增長。基于市場趨勢，ZLG推出基于Elmos E523.52的無刷電機控制方案，該方案適配24V/48V系統(tǒng)下的水泵、風(fēng)機等三相直流無刷電機。

E523.52芯片

E523.52—高集成度電機控制芯片

E523.52是德國Elmos公司推出的一款可編程三相直流無刷電機控制芯片，通過了AEC-Q100認證。它集成了6個柵極驅(qū)動器、1個相電壓檢測模塊、1個運放、1個11V降壓轉(zhuǎn)換器、2個線性穩(wěn)壓器、16位RISC微控制器和內(nèi)部檢測保護模塊。適用于24V/48V的車載系統(tǒng)汽車電機以及工業(yè)電機應(yīng)用。

圖1 E523.52架構(gòu)框圖

E523.52是直流無刷三相電機的單芯片解決方案，其特征如下：

高集成度的汽車級電機控制芯片；

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16位RISC處理器，H430內(nèi)核；

具有ECC錯誤保護的32kByte Flash，16kROM，4kSRAM奇偶校驗保護；

集成11V最高100mA高效DC-DC轉(zhuǎn)換器；

集成兩個LDO，提供3.3V和1.8V電壓；

集成柵極驅(qū)動器，并具有可編程死區(qū)和保護功能；

集成運算放大器；

集成PWM模塊，可自動查表生成各種換向波形；

速率高達1MS/s的12位ADC，自主采樣序列，可與PWM同步；

4個定時器單元，具有捕獲、比較功能；

超高散熱效率的QFN36L7封裝，僅7x7mm。

E52352電機控制器設(shè)計

3.1硬件設(shè)計

AMC-48x50-E52352是ZLG推出的一款基于Elmos E523.52的汽車電機控制完整解決方案，旨在為廠商提供48V車載系統(tǒng)下的汽車無刷電機控制軟硬件參考。

如圖2，得益于E523.52的高集成度，方案僅用1個MCU、6+1個MOS管、1個采樣電阻、1個LIN PHY（選配）及必要的基礎(chǔ)器件，即搭建了完整的汽車三相直流無刷電機控制系統(tǒng)。

圖2 方案框圖

電源設(shè)計上，無需外部電源芯片。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)動器和MCU內(nèi)部供電，同時可向外部負載（如LIN PHY）供電。

在電機驅(qū)動接口上，無需外部驅(qū)動電路，僅需6個外部MOSFET和少量基礎(chǔ)元件。

在檢測與保護上，無需外部運算放大器和電壓檢測電路。使用內(nèi)部檢測與保護模塊和運算放大器，可實現(xiàn)電壓檢測、MOSFET欠壓和保護、電流控制和過流檢測功能。

9個可配置功能的IO，所有IO均可作為ADC輸入引腳，可非常方便地擴展功能。

圖3是AMC-48x50-E52352控制板實物圖，使用2層板，單面放置器件，PCB尺寸為φ90mm，設(shè)計最大功率為1.5kW。支持LIN、PWM、UART、電壓等多種調(diào)速方式，具有過/欠壓、過流、堵轉(zhuǎn)、空轉(zhuǎn)等保護機制。

圖3 實物圖

使用E523.52設(shè)計電機控制器，僅需極少的外部器件，可以使PCB布局和布線變得非常簡單，極大減少了BOM成本和PCB尺寸。在設(shè)計最大功率為500W左右的電機控制板時，單面放置器件的情況下，PCB尺寸可進一步縮小到φ60mm。另外得益于E523.52的高集成度及專門優(yōu)化的引腳排列順序，可按需設(shè)計成單層板以減少PCB成本。ZLG可提供完整的《硬件設(shè)計指南》和PCB參考工程。

3.2軟件設(shè)計

AMC-48x50-E52352采用ELMOS特有的無傳感正弦波算法。該算法相比傳統(tǒng)的FOC算法，在保證電機運轉(zhuǎn)效率的前提下，極大降低了控制系統(tǒng)對電機參數(shù)的敏感度，同時控制參數(shù)也極大簡化。使用這套算法，在調(diào)試過程中無需測量電機參數(shù)，僅需簡單配置程序設(shè)置，加快了適配不同電機的開發(fā)進程。

ZLG可提供完整的針對車載冷卻風(fēng)機和冷卻水泵進行優(yōu)化控制的軟件包源碼。軟件包中包含無須配置參數(shù)的初始位置檢測算法，無須傳統(tǒng)的風(fēng)機定位步驟，可以在順逆風(fēng)中快速可靠啟動。

結(jié)語

E523.52是一款汽車級高集成度的電機控制芯片，專為電機控制設(shè)計，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化調(diào)試步驟，加速開發(fā)進程。

ZLG推出的AMC-48x50-E52352汽車電機控制解決方案，在電機啟動、運行過程中，均表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。ZLG提供《硬件設(shè)計指南》、《軟件開發(fā)手冊》、《電機調(diào)試指南》和程序源碼，可協(xié)助廠商進行電機控制器快速開發(fā)。