進芯電子12V電子水泵方案

ADM16F03A2是面向無刷電機控制的16位DSP改進型，集成LDO和6NMOS預驅(qū)模塊，搭載150MHz主頻16位DSP處理核+加速運算單元、事件管理器、SPI和SCI模塊、12位ADC， 并內(nèi)置運算放大器、電壓比較器和LIN收發(fā)器；可構成控制核心，支持有感、無感、方波、弦波等多模式無刷電機控制。下表是ADM16F03A2電機控制方面的資源簡介。

表一 ADM16F03A2電機控制相關資源

同時， ADM16F03A2支持JTAG在線仿真，支持串口SCI方式的最低僅需四線的快速燒錄模式。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，用戶在設計電機控制系統(tǒng)時可實現(xiàn)最優(yōu)的性價比，ADM16F03A2內(nèi)部內(nèi)置六路 NMOS Pre-Driver、運算放大器、PGA、比較器、高速ADC、SCI、SPI和LIN等模塊。同時，采用高性能16位CPU,內(nèi)嵌 64KB FLASH , 最高工作頻率為150MHz，可滿足高性能無刷電機控制的應用要求，并簡化系統(tǒng)硬件成本。適用于BLDC/PMSM電機方波、SVPWM/SPWM、FOC 驅(qū)動控制。

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

?   輸入防反母線電容輸入部分

輸入通過N管，實現(xiàn)防反功能。使用CE1、L1和CE2，構成π型濾波。能有效減少電源的干擾。

圖3 防反母線電路

?   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)自帶的運放OP1可以通過外圍電阻配置為差分模式用于母線電流采樣，運放的輸出結果OP1OUT可接至COMP0 做硬件過流保護，COMP0內(nèi)部可以設置不同的比較電平，一旦觸發(fā)閾值，可直接封鎖PWM信號。

當需要離線燒錄程序時，通過5V、TX、RX、IOPE4、GND信號測試焊盤，借助進芯的離線燒錄工具可實現(xiàn)快速的脫機燒錄。

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6個NMOS組成三相H半橋驅(qū)動電路。

單采樣電阻0.005R，通過差分走線至ADM16F03A2的OP1的獨立運放電路進行運放輸入到芯片口采樣進行運算。

圖5 功率橋電路原理圖

?   ADC母線電壓采樣電路

ADC采樣母線采樣電路，母線電壓的值進行分壓送到芯片AD口，參與到FOC的運算。

圖6  AD母線電壓采樣原理圖

?   單電阻采樣運放采樣電路

通過內(nèi)部獨立運放OP1組進行差分運放15倍，送到A0口用做過流保護，送到A4口進行恒功率控制。

圖 7 運放部分電路

?   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)部兼容識別PWM，可以通過輸入PWM/LIN進行通訊調(diào)速和反饋故障。使能LIN_EN引腳，來實現(xiàn)打開關閉LIN通訊。

圖9 PWM/LIN通訊電路

采用單電阻弦波，電路簡單，成本低。無感FOC，功率閉環(huán)、速度閉環(huán)。各項保護齊全（過欠壓、過流、堵轉(zhuǎn)、缺相、功率）等特點。

電壓：DC12V

功率：40-200W

多種保護措施：過流保護、短路保護、過壓保護、欠壓保護、堵轉(zhuǎn)保護、缺相保護、功率保護、啟動保護等。

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