基于S12ZVM的車用BLDC無傳感控制方案
英飛凌汽車電子生態(tài)圈
摘要：針對車用BLDC無傳感控制，提出基于飛思卡爾S12ZVM的單芯片解決方案。詳細介紹了無傳感BLDC控制系統(tǒng)設(shè)計以及基 于S12ZVM無傳感位置檢測方案設(shè)計。
本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/146842.htm引言
BLDC電機與傳統(tǒng)有刷電機相比，具有更高的能效、更長的使用壽命、更緊湊的外形、更低的噪音和更高的可靠性，這些優(yōu)點使得BLDC愈來愈多地出現(xiàn)在汽車應(yīng)用中，用來取代傳送帶和液壓系統(tǒng)，提供額外功能和提高燃油經(jīng)濟性，同時消除維護成本。由于電勵磁必須與轉(zhuǎn)子位置同步，因此BLDC電機在運行時，通常需要一個或多個轉(zhuǎn)子位置傳感器。由于成本、可靠性、機械包裝的原因，特別是當轉(zhuǎn)子在液體中運行時，電機適宜在無位置傳感器的條件下運行，即通常所說的無傳感器運行。
對于汽車用BLDC控制系統(tǒng)來說，希望能做到PCB尺寸小，BOM成本低以及簡單可靠，低功耗等特點，針對這系列的需求，飛思卡爾半導(dǎo)體推出針對汽車三相無刷電機的單芯片解決方案S12ZVM家族。S12ZVM是目前市場上集成度最高的無刷直流(BLDC)電機控制解決方案，有助于加快從直流(DC)到BLDC電機的過渡。
S12ZVM特點
飛思卡爾S12ZVM系列是具有突破性的技術(shù)，它將MCU、MOSFET柵極驅(qū)動單元、電壓調(diào)節(jié)器和本地互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)(LIN)物理層這四個系統(tǒng)元素結(jié)合到一個單芯片解決方案中，如圖1。通常實現(xiàn)這四個功能需要兩至四個芯片。與其它分立式解決方案相比，飛思卡爾通過片上集成將印刷電路板所占物理空間減少了50%。同時汽車制造商不斷尋求可減輕汽車重量和降低功耗的方法，因為這有助于提升燃油經(jīng)濟性。電子系統(tǒng)供應(yīng)商和電機制造商也正在迎合這一趨勢，但是在面對定制的解決方案時，他們獲得的解決方案往往不是最優(yōu)的，或不具有可擴展性。S12ZVM系列提供諸多不同的產(chǎn)品版本，支持CAN和LIN通信協(xié)議，具有多種存儲器容量和封裝選項。這將允許客戶可重復(fù)使用硬件和軟件設(shè)計，為空調(diào)風機、雨刮器、燃油泵和水泵等應(yīng)用開發(fā)真正的平臺解決方案?！ ?/p>
?無傳感BLDC控制系統(tǒng)設(shè)計
如圖2所示，三相BLDC電機控制可采用三相六拍的控制方法，每隔60個電角度進行換向控制，同時對三相橋PWM控制可采用單極性控制策略，上橋采用PWM控制，下橋可直接導(dǎo)通與地相連，其優(yōu)點在于控制簡單，較低的MOS管開關(guān)損耗及較低的EMC噪音。
?圖3為采用S12ZVM的無傳感BLDC控制系統(tǒng)設(shè)計框圖，除了三相橋與采樣電阻之外，整個控制都可以由S12ZVM內(nèi)部來實現(xiàn)。當采用三相六拍控制策略時，只需要一個采樣電阻來檢測電流的大小，S12ZVM內(nèi)部有運放可以對電流信號進行放大并通過AD模塊進行采樣，同時還可以將放大的電流信號經(jīng)過比較器與給定的電壓進行比較做過流保護。圖中藍色部分為S12ZVM的硬件模塊，而綠色部分則由軟件來實現(xiàn)功能。AD模塊采樣相電壓，DCBUS電壓和工作電流，經(jīng)過過零點檢測算法來確定換向控制并計算BLDC實際速度，速度環(huán)的PI控制器對實際速度和設(shè)定速度差值進行計算，從而決定PWM的占空比來控制BLDC電機轉(zhuǎn)動力矩，保證實際速度按照設(shè)定的速度運行。
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