英飛凌基于ARM內(nèi)核的汽車級電機(jī)控制集成芯片

　　摘要：本文介紹了常見的幾種在汽車車身上的電機(jī)應(yīng)用，包括直流有刷電機(jī)控制，有霍爾/無霍爾直流無刷電機(jī)控制和永磁同步電機(jī)控制，不論是哪一種電機(jī)控制方案，英飛凌公司推出的基于ARM內(nèi)核的Embedded Power IC都是最理想的選擇。

　　引言

　　隨著電機(jī)在汽車上的廣泛應(yīng)用，如何降低能耗，減少噪音，成了工程師們面臨的新難題，傳統(tǒng)的電動(dòng)油泵、電動(dòng)水泵和散熱風(fēng)扇由繼電器控制直流電機(jī)的開通或者關(guān)斷，不能進(jìn)行調(diào)速，在怠速狀況時(shí)電機(jī)仍然高速運(yùn)轉(zhuǎn)，如果采用脈寬調(diào)制控制的直流電機(jī)或者三相電機(jī)，則可以在不同的工況下選擇不同的速度，既可以低速時(shí)降低能耗，又可以滿負(fù)荷時(shí)高速高效運(yùn)轉(zhuǎn)。

　　不光是為了提高能效，采用脈寬調(diào)制控制的電機(jī)同時(shí)也可以提高乘客的舒適感受，防夾車窗，雨刮，天窗，電動(dòng)座椅以及自動(dòng)空調(diào)等都將會(huì)使用到兩相直流有刷電機(jī)或者三相直流無刷電機(jī)，控制系統(tǒng)是其中的關(guān)鍵，決定了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

　　設(shè)計(jì)一個(gè)三相無刷直流電機(jī)控制器，需要選擇多少種不同類型的芯片?

　　傳統(tǒng)答案應(yīng)該是4到5種：首先是微控制器，決定了系統(tǒng)的處理能力;其次是電源芯片，用來給微控制器或者其它的邏輯模擬電路供電;三相預(yù)驅(qū)動(dòng)芯片和MOSFET(Metal-Oxide -Semiconductor Field Effect Transistor)組成驅(qū)動(dòng)電路;最后，還需要一個(gè)廉價(jià)可靠的總線收發(fā)器，比如LIN總線收發(fā)器，用來和其它控制器通信。

　　使用英飛凌的汽車級電機(jī)控制集成芯片Embedded Power IC系列則簡單的多，直接供電電池電壓12V，就可以脈寬調(diào)制控制6顆MOSFET，驅(qū)動(dòng)一個(gè)三相電機(jī)平穩(wěn)高效運(yùn)行。

　　1 芯片介紹

　　Embedded Power IC的新一代器件將首先推出兩種系列：TLE986X系列控制兩相直流有刷電機(jī)，TLE987X系列控制三相直流無刷電機(jī)，兩者的不同在于驅(qū)動(dòng)MOSFET的數(shù)量。

　　以TLE987X系列為例，集成芯片的詳細(xì)系統(tǒng)框圖如下：

　　這些模塊包括：

　　● ARM^® CORTEX™ M3內(nèi)核的32位微控制器
　　● 豐富的定時(shí)器資源，可以進(jìn)行輸入捕捉或者輸出比較
　　● 10位ADC(Analog to Digital Converter)模塊，包括對外部模擬電壓信號的采集和對內(nèi)部電壓信號的監(jiān)控
　　● 兩個(gè)高速同步串行接口SSC(Synchronous Serial Interface)和兩個(gè)全雙工異步收發(fā)模塊UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)
　　● 專門用于三相電機(jī)控制的CCU6模塊，可以輸出六路同步調(diào)制的脈寬調(diào)制信號
　　● 兩相電機(jī)或者三相預(yù)驅(qū)動(dòng)，最高可以在25kHz頻率下驅(qū)動(dòng)100nC門級電容的MOSFET，可以設(shè)置上升下降斜率時(shí)間，提高電磁兼容能力，集成一個(gè)反極性電壓保護(hù)N-MOSFET驅(qū)動(dòng)接口
　　● LIN總線收發(fā)器，支持最新LIN2.2協(xié)議并向下兼容
　　● 電流采樣差分放大器，連接到低端采樣電阻的兩端，將電機(jī)電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，可選的0~100增益放大，可以檢測偏移地電壓
　　● 給內(nèi)部供電的線性電源模塊和一個(gè)給外部傳感器5V供電的線性電源模塊
　　● 內(nèi)部振蕩器，可以節(jié)省外部晶振的成本
　　● 兩個(gè)獨(dú)立的可編程看門狗
　　● 帶中斷觸發(fā)功能的保護(hù)策略，包括過流保護(hù)，過溫保護(hù)，過壓欠壓監(jiān)測和開路監(jiān)測