进芯电子12V电子水泵方案

电子水泵是车载热管理系统的重要一环，用于汽车水冷散热系统散热。当下市场上的水泵方案以BLDC直流无刷电机为主流，丝滑调节、 精准控制和高性价比成为客户关注的重点。

针对以上市场需求，进芯电子推出功率40-200W/12V电子水泵，采用PWM/LIN通讯方式进行调速和故障反馈。使用单电阻弦波方案，电路简单，具备控制稳定、成本低等优点。进芯电子可提供基于本公司ADM16F03A2 DSP作为主控芯片的高性价比电子水泵控制板方案。 

图1 产品样机图

ADM16F03A2简介

ADM16F03A2是面向无刷电机控制的16位DSP改进型，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， 并内置运算放大器、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。

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内部内置六路 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 64KB 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： 输入防反母线电容输入部分、ADM16F03A2最小系统、功率桥电路、ADC母线采样电路、单电阻采样运放采样电路、自举电路和PWM/LIN通讯反馈电路。

输入防反母线电容输入部分

输入通过N管，实现防反功能。使用CE1、L1和CE2，构成π型滤波。能有效减少电源的干扰。

图3 防反母线电路

ADM16F03A2最小系统

ADM16F03A2最小系统如下图所示，包含JTAG接口、串口、SPI、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H半桥驱动电路。

单采样电阻0.005R，通过差分走线至ADM16F03A2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

ADC采样母线采样电路，母线电压的值进行分压送到芯片AD口，参与到FOC的运算。

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，送到A4口进行恒功率控制。

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

芯片内部集成LIN芯片，内部兼容识别PWM，可以通过输入PWM/LIN进行通讯调速和反馈故障。使能LIN_EN引脚，来实现打开关闭LIN通讯。

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

电压：DC12V

功率：40-200W

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。拥有带载能力强、噪声小、波形控制稳定等特点。