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多種控制方式的直流無刷電機(jī)(BLDC)汽車?yán)鋮s風(fēng)扇方案

隨著汽車技術(shù)的不斷發(fā)展,特別是汽車電子技術(shù)的突飛猛進(jìn),新興的電子化驅(qū)動(dòng)開始全面代替?zhèn)鹘y(tǒng)機(jī)械驅(qū)動(dòng)。尤其是近年來永磁材料性能的持續(xù)改善和汽車應(yīng)用對電機(jī)動(dòng)作性能要求的不斷提高,無論對電機(jī)還是電機(jī)控制方式來說,都是巨大的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。 隨著汽車技術(shù)的不斷發(fā)展,特別是汽車電子技術(shù)的突飛猛進(jìn),新興的電子化驅(qū)動(dòng)開始全面代替?zhèn)鹘y(tǒng)機(jī)械驅(qū)動(dòng)。尤其是近年來永磁材料性能的持續(xù)改善和汽車應(yīng)用對電機(jī)動(dòng)作性能要求的不斷提高,無論對電機(jī)還是電機(jī)控制方式來說,都是巨大的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。 作為汽車?yán)鋮s風(fēng)扇來說,已由簡單的繼電器控制發(fā)展到了復(fù)雜的MCU及軟件算法控制,而威雅利電子順應(yīng)時(shí)代發(fā)展潮流,推出了多種適合12V/24V/48V(新能源汽車)不同系統(tǒng)使用的基于直流無刷電機(jī)(BLDC)控制的汽車?yán)淠L(fēng)扇方案,與傳統(tǒng)方案比較,這些方案具有較高的功率密度、體積小及控制精度高等特征,更完美地匹配低功耗,低排放和新能源的汽車發(fā)展趨勢。 滿足了目前主流車廠對于冷卻風(fēng)扇控制系統(tǒng)的需求,從而幫助客戶快速地完成不同類型的產(chǎn)品開發(fā)。

應(yīng)用領(lǐng)域:sW0esmc

本方案針對的主要應(yīng)用領(lǐng)域有兩類:面向12V/24V的乘用車/商用車電子風(fēng)扇的控制;面向200V以下的新能源汽車的電池散熱風(fēng)扇的控制。sW0esmc

· 12V/24V的乘用車/商用車電子風(fēng)扇sW0esmc

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)在高溫工作環(huán)境下必須得到適度的降溫,以使其保證在合適的環(huán)境溫度下工作,才能滿足發(fā)動(dòng)機(jī)的良好性能,耐久性和廢氣排放要求。因此發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)在此起到了保障發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作的左右,而在發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)中,最重要的就是冷卻風(fēng)扇(Cooling Fan)的控制技術(shù)。sW0esmc

應(yīng)用在發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻上的風(fēng)扇控制方案,需要做到高可靠性,高效率,低噪音。sW0esmc

所以,我們采用BEMF控制方式來實(shí)現(xiàn)冷卻風(fēng)扇的控制方案。sW0esmc

· 200V以下的新能源汽車的電池散熱風(fēng)扇sW0esmc

新能源汽車電池散熱風(fēng)扇的工作在新能源汽車電池管理中起到了至關(guān)重要的作用,由于在高溫環(huán)境下電池健康狀態(tài)(SOH)會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的衰退,如不能很好的將溫度降低電池特性要求的溫度范圍之內(nèi),對電池的充放電特性和壽命都有巨大影響。sW0esmc

應(yīng)用在新能源汽車的電池散熱風(fēng)扇方案,應(yīng)具備耐高溫高壓,低功耗,小體積和輕量化的特點(diǎn)。所以我們采用FOC的控制方式來實(shí)現(xiàn)新能源汽車的電池散熱風(fēng)扇的方案。sW0esmc

系統(tǒng)框圖:sW0esmc

201612300112321sW0esmc

本方案基于32bit MCU系統(tǒng),和整車進(jìn)行LIN通信,能快速接受車輛發(fā)送的調(diào)速信息;獨(dú)立的預(yù)驅(qū)芯片有強(qiáng)大的驅(qū)動(dòng)能力驅(qū)動(dòng)6路MOSFET,同時(shí)集成電流檢測和各種診斷保護(hù)功能,無需外置電路就可以對系統(tǒng)進(jìn)行完整的診斷和保護(hù);六路MOSFET可以根據(jù)不同的應(yīng)用進(jìn)行調(diào)整,可以驅(qū)動(dòng)功率達(dá)到400W電扇。sW0esmc

主要器件:sW0esmc

MCUsW0esmc

采用ST 高性能32bit 汽車級MCU SPC560P34L1,有ISO26262認(rèn)證,并符合AEC-Q100規(guī)范。該款MCU是專門為電機(jī)驅(qū)動(dòng)而開發(fā),芯片主頻高達(dá)64MHz,64KB Data Flash,12KB RAM,1CH CAN,2CH LIN,內(nèi)置CTU和10CH 16bit的ADC,非常適合開發(fā)電機(jī)類的應(yīng)用。同時(shí),這顆芯片既適合開發(fā)BEMF系統(tǒng),又有足夠的資源來開發(fā)基于FOC算法的控制方案。sW0esmc

Pre-DriversW0esmc

選用ST L9907A作為預(yù)驅(qū),和MCU通信并驅(qū)動(dòng)MOSFET。這顆芯片驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng),灌電流達(dá)到700mA,能夠驅(qū)動(dòng)功率較大的MOSFET,使方案能適應(yīng)更大功率的風(fēng)扇;兼容3.3V的MCU接口,同時(shí)輸入電壓最高達(dá)到36V,能夠使用在12V/24V的汽車系統(tǒng)中。如需開發(fā)新能源車電池散熱風(fēng)扇,可將預(yù)驅(qū)替換為3顆A6388,這顆芯片有更高的耐壓值,可以適應(yīng)工作電壓在200V以下的新能源車系統(tǒng)。sW0esmc

MOSFETsW0esmc

使用ST最新STripFET6技術(shù)的STD120N4F6,導(dǎo)通電阻低至4mΩ,穩(wěn)態(tài)輸出能力達(dá)到40A,而且該款MOSFET有D2PAK,DPAK,TO-220多種封裝,能適合不同散熱尺寸的產(chǎn)品要求。sW0esmc

方案特點(diǎn):sW0esmc

  1. 在采用FOC 算法時(shí),明顯改善風(fēng)扇高速運(yùn)行時(shí)的噪音,最大轉(zhuǎn)速時(shí)電機(jī)單體噪音低于72dB(A)
  2. 與之前的算法相比,同樣轉(zhuǎn)速,系統(tǒng)功耗降低20%,減少了整車排放
  3. 啟動(dòng)可靠性高,同時(shí)加入了順逆風(fēng)啟動(dòng)的優(yōu)化,以適應(yīng)不同的使用環(huán)境
  4. 占空比匹配電壓調(diào)速,通過外部調(diào)節(jié)電壓1.5V~12V的變化,來實(shí)現(xiàn)占空比0~100%的調(diào)速
  5. 能適應(yīng)多個(gè)系統(tǒng),覆蓋12V/24V/48V的系統(tǒng)電壓要求

系統(tǒng)BOM:sW0esmc

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FOC控制算法 Vs BEMF控制算法sW0esmc

FOC控制算法和BEMF控制算法是BLDC電機(jī)應(yīng)用中的主流控制算法,我們在一系列的方案開發(fā)中,發(fā)現(xiàn)這兩種算法各有特點(diǎn),在各自適合的應(yīng)用中往往會(huì)有很好的表現(xiàn)。
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小結(jié):sW0esmc

隨著新能源汽車的崛起,現(xiàn)代汽車中使用的電機(jī)呈顯多樣化,多量化,如何開發(fā)一種硬件一致性強(qiáng),軟件調(diào)整靈活的系統(tǒng),有著巨大的市場需求。威雅利電子提供整體的解決方案,在控制無刷電機(jī)方面靈活多變,可適應(yīng)性強(qiáng),除了冷卻風(fēng)扇應(yīng)用之外,還可以應(yīng)用在多個(gè)汽車無刷風(fēng)扇控制項(xiàng)目上。可以預(yù)期,隨著汽車節(jié)能減排和新能源車的大行其道,本方案會(huì)有更大的發(fā)展前景,希望和廣大客戶共享技術(shù)帶來的進(jìn)步。sW0esmc

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