進(jìn)芯電子12V電子水泵方案

ADM16F03A2是面向無(wú)刷電機(jī)控制的16位DSP改進(jìn)型，集成LDO和6NMOS預(yù)驅(qū)模塊，搭載150MHz主頻16位DSP處理核+加速運(yùn)算單元、事件管理器、SPI和SCI模塊、12位ADC， 并內(nèi)置運(yùn)算放大器、電壓比較器和LIN收發(fā)器；可構(gòu)成控制核心，支持有感、無(wú)感、方波、弦波等多模式無(wú)刷電機(jī)控制。下表是ADM16F03A2電機(jī)控制方面的資源簡(jiǎn)介。

表一 ADM16F03A2電機(jī)控制相關(guān)資源

同時(shí)， ADM16F03A2支持JTAG在線(xiàn)仿真，支持串口SCI方式的最低僅需四線(xiàn)的快速燒錄模式。以下為ADM16F03A2芯片引腳定義排布圖：

圖2 芯片引腳定義排布圖

ADM16F03A2是一款高度集成的高性能BLDC/PMSM控制器，封裝為QFN56，用戶(hù)在設(shè)計(jì)電機(jī)控制系統(tǒng)時(shí)可實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的性?xún)r(jià)比，ADM16F03A2內(nèi)部?jī)?nèi)置六路 NMOS Pre-Driver、運(yùn)算放大器、PGA、比較器、高速ADC、SCI、SPI和LIN等模塊。同時(shí)，采用高性能16位CPU,內(nèi)嵌 64KB FLASH , 最高工作頻率為150MHz，可滿(mǎn)足高性能無(wú)刷電機(jī)控制的應(yīng)用要求，并簡(jiǎn)化系統(tǒng)硬件成本。適用于BLDC/PMSM電機(jī)方波、SVPWM/SPWM、FOC 驅(qū)動(dòng)控制。

電路模塊主要包括： 輸入防反母線(xiàn)電容輸入部分、ADM16F03A2最小系統(tǒng)、功率橋電路、ADC母線(xiàn)采樣電路、單電阻采樣運(yùn)放采樣電路、自舉電路和PWM/LIN通訊反饋電路。

?   輸入防反母線(xiàn)電容輸入部分

輸入通過(guò)N管，實(shí)現(xiàn)防反功能。使用CE1、L1和CE2，構(gòu)成π型濾波。能有效減少電源的干擾。

圖3 防反母線(xiàn)電路

?   ADM16F03A2最小系統(tǒng)

ADM16F03A2最小系統(tǒng)如下圖所示，包含JTAG接口、串口、SPI、PWM模塊、ADC模塊等。

系統(tǒng)自帶的運(yùn)放OP1可以通過(guò)外圍電阻配置為差分模式用于母線(xiàn)電流采樣，運(yùn)放的輸出結(jié)果OP1OUT可接至COMP0 做硬件過(guò)流保護(hù)，COMP0內(nèi)部可以設(shè)置不同的比較電平，一旦觸發(fā)閾值，可直接封鎖PWM信號(hào)。

當(dāng)需要離線(xiàn)燒錄程序時(shí)，通過(guò)5V、TX、RX、IOPE4、GND信號(hào)測(cè)試焊盤(pán)，借助進(jìn)芯的離線(xiàn)燒錄工具可實(shí)現(xiàn)快速的脫機(jī)燒錄。

圖4 芯片及接口原理圖

?   功率橋電路

功率橋電路采用上下管均為NMOS的配置，總計(jì)6個(gè)NMOS組成三相H半橋驅(qū)動(dòng)電路。

單采樣電阻0.005R，通過(guò)差分走線(xiàn)至ADM16F03A2的OP1的獨(dú)立運(yùn)放電路進(jìn)行運(yùn)放輸入到芯片口采樣進(jìn)行運(yùn)算。

圖5 功率橋電路原理圖

?   ADC母線(xiàn)電壓采樣電路

ADC采樣母線(xiàn)采樣電路，母線(xiàn)電壓的值進(jìn)行分壓送到芯片AD口，參與到FOC的運(yùn)算。

圖6  AD母線(xiàn)電壓采樣原理圖

?   單電阻采樣運(yùn)放采樣電路

通過(guò)內(nèi)部獨(dú)立運(yùn)放OP1組進(jìn)行差分運(yùn)放15倍，送到A0口用做過(guò)流保護(hù)，送到A4口進(jìn)行恒功率控制。

圖 7 運(yùn)放部分電路

?   自舉電路

由芯片內(nèi)部輸出VDRV的12V電壓，給到自舉電路部分，讓上橋驅(qū)動(dòng)電壓抬升，以便可以控制上橋。

圖8 自舉電路部分

?   PWM/LIN通訊反饋電路

芯片內(nèi)部集成LIN芯片，內(nèi)部兼容識(shí)別PWM，可以通過(guò)輸入PWM/LIN進(jìn)行通訊調(diào)速和反饋故障。使能LIN_EN引腳，來(lái)實(shí)現(xiàn)打開(kāi)關(guān)閉LIN通訊。

圖9 PWM/LIN通訊電路

采用單電阻弦波，電路簡(jiǎn)單，成本低。無(wú)感FOC，功率閉環(huán)、速度閉環(huán)。各項(xiàng)保護(hù)齊全（過(guò)欠壓、過(guò)流、堵轉(zhuǎn)、缺相、功率）等特點(diǎn)。

電壓：DC12V

功率：40-200W

多種保護(hù)措施：過(guò)流保護(hù)、短路保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)、欠壓保護(hù)、堵轉(zhuǎn)保護(hù)、缺相保護(hù)、功率保護(hù)、啟動(dòng)保護(hù)等。

本方案使用無(wú)感單電阻FOC算法，母線(xiàn)電壓ADC檢測(cè)，通過(guò)PWM/LIN進(jìn)行控制不同的轉(zhuǎn)速及故障反饋功能。擁有帶載能力強(qiáng)、噪聲小、波形控制穩(wěn)定等特點(diǎn)。