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旋智科技丁文、許爍：車載12V直流無刷（有刷）電機控制芯片應(yīng)用詳解
發(fā)布時間：2024-01-03 13:41:38 瀏覽：552次
集微網(wǎng)消息，隨著汽車電動化、智能化和網(wǎng)聯(lián)化的蓬勃發(fā)展，單車三電部件數(shù)量也在快速增長，以電機為例，除了主驅(qū)電機，在非牽引相關(guān)功能如熱管理中的風(fēng)扇、水泵、油泵，以及車身相關(guān)的車窗、天窗、雨刮、電動踏板和電動側(cè)滑門、座椅調(diào)節(jié)等場景也廣泛應(yīng)用了各類直流無刷和有刷電機。
這類通常由低壓12V網(wǎng)絡(luò)供電的使用場景，往往對方案BOM成本、重量體積、轉(zhuǎn)換效率等有極高要求，因此電機控制上已逐漸形成將MCU、預(yù)驅(qū)、電源管理LDO和總線收發(fā)器集成到單芯片的主流方案。
顯而易見，電機控制芯片前景廣闊，有望在汽車行業(yè)實現(xiàn)市場價值和規(guī)模應(yīng)用最大化，但過去兩年也經(jīng)常排在芯片缺貨清單的頭部。
1月31日下午14點，集微網(wǎng)舉辦第60期“集微公開課”活動，特邀旋智電子科技（上海）有限公司（簡稱旋智科技）銷售副總經(jīng)理丁文和資深汽車應(yīng)用FAE許爍，為大家分享主題為” 應(yīng)用于車載12V直流無刷（有刷）電機的內(nèi)置N-FET預(yù)驅(qū)微控制器”的在線直播講解，以闡述該產(chǎn)品的技術(shù)知識、解決方案和旋智科技研發(fā)的核心功能特性。
源出半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)“西點軍?！?/strong>
丁文先生首先向觀眾簡要介紹了旋智科技發(fā)展歷程，該公司前身是大名鼎鼎的仙童半導(dǎo)體公司電機產(chǎn)業(yè)線事業(yè)部，于2014年底通過MBO方式剝離獨立運營，目前在上海、深圳、青島、香港等地都設(shè)有分支機構(gòu)，公司專注于高集成度電機控制芯片及先進(jìn)核心算法的研發(fā)，創(chuàng)始核心團(tuán)隊成員大都在世界頂級半導(dǎo)體企業(yè)有多年研發(fā)、市場和管理經(jīng)驗。
獨立以來，旋智科技已經(jīng)成功量產(chǎn)兩代電機控制芯片，大批量應(yīng)用于白電和工控領(lǐng)域，憑借芯片IP、算法核心技術(shù)優(yōu)勢帶來的產(chǎn)品差異化能力，接連打入了大疆、九號Segway、格力、美的、海爾、博世、EBM等國內(nèi)外頭部客戶供應(yīng)鏈，大客戶出貨量已累積近6000萬顆。
近年來，旋智科技同樣積極布局車規(guī)級產(chǎn)品，其高集成度車規(guī)級電機控制SoC產(chǎn)品經(jīng)過多年開發(fā)測試和打磨，在2022年底也已經(jīng)正式進(jìn)入了量產(chǎn)送樣階段。丁文透露，旋智科技在汽車電子功能安全和質(zhì)量可靠性上有透徹理解和豐富經(jīng)驗，即將獲得ISO26262 ASIL-D體系管理認(rèn)證。
丁文表示，汽車12V直流電機主要可劃分為熱管理、車身、底盤等應(yīng)用場景，驅(qū)動方案也各有不同。如后視鏡、座椅調(diào)節(jié)等多電機控制場景，驅(qū)動方案通常是MCU搭配多路半橋驅(qū)動，而單電機場景則需進(jìn)一步按功率大小劃分，小功率場景如風(fēng)門、水閥、座椅通風(fēng)等可選用all-in-one的單芯片方案，Melexis、TDK等海外品牌目前較為常見，而隨著功率逐漸增大，在中等功率場景，如水泵、油泵、鼓風(fēng)機、散熱風(fēng)扇、雨刮、車窗、側(cè)滑門以及激光雷達(dá)等，經(jīng)常采用SoC搭配MOS管的方案。在大功率的單電機場景，例如EPS和剎車等，一般采用分立方案，對芯片的功能安全等級要求較好，且系統(tǒng)設(shè)計上需要進(jìn)行冗余。
瞄準(zhǔn)快速增長的中功率單電機控制場景，旋智科技的SPD1179提供了極具競爭力的車規(guī)級國產(chǎn)解決方案。
SPD1179新特性
旋智科技資深汽車應(yīng)用FAE許爍，為觀眾進(jìn)一步講解了SPD1179的技術(shù)特性與參考設(shè)計。
根據(jù)許爍介紹，SPD1179主要應(yīng)用場景有風(fēng)扇類，泵類三相無刷直流電機和車窗、天窗、雨刮類有刷直流電機H橋型控制的應(yīng)用場景，已經(jīng)處于這個量產(chǎn)送樣階段，計劃在今年三季度量產(chǎn)并取得SIL-B/AEC-Q100雙重認(rèn)證，可用于替代英飛凌TLE989x/8x/7x/6x/5x、恩智浦S912ZVMB/L/C、邁來芯MLX81340/4/6等主流產(chǎn)品。
許爍表示，SPD1179由MCU和高壓模塊合封，封裝規(guī)格為QFN48/QFN56，采用配備浮點運算單元的32位Cortex-M4內(nèi)核，最高主頻達(dá)100MHz，片上最大提供128K Flash+32K RAM的存儲空間，附帶1KB EEPROM，電壓工作范圍可達(dá)5.5V-40V，同時支持LIN，CAN/CANFD車載專用標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。
SPD1179還內(nèi)置單端運放和差分運放，單端運放可用于母線電流采樣，差分運放用于相電流采樣及重構(gòu)，具有完善的硬件保護(hù)機制，可確保電機驅(qū)動過程中的快速保護(hù)，ECAP（增強型脈沖捕獲模塊）具備Dual-pin模式，可以同時計算不同輸入引腳信號的頻率及占空比，定時器具備gate等多種模式，可以通過外部GPIO電平或邊沿信號來控制定時器的使能計數(shù)，產(chǎn)品還支持ISP模式下通過UART或LIN接口下載燒錄程序，高壓模塊基于電流型驅(qū)動，可編程配置驅(qū)動能力，MOS的控制更加靈活，使用VCP-based架構(gòu)，省去自舉電容，節(jié)省設(shè)計成本，高壓MON引腳可通過ECAP捕獲高壓PWM信號，產(chǎn)品同時達(dá)到功能安全等級ASIL-B和AECQ100認(rèn)證。
在總體梳理系統(tǒng)框圖后，許爍又分別介紹了SPD1179電源管理、數(shù)模轉(zhuǎn)換ADC、可編程增益放大器（PGA）、模擬比較器、相位比較器、PWM、預(yù)驅(qū)、VDS保護(hù)等功能模塊特性。
如在電源管理模塊，SPD1179采用5.5伏到40伏的單電源供電，內(nèi)部集成5伏、3.3伏、1.2伏LDO，電流驅(qū)動能力分別為80毫安、50毫安和40毫安，支持三種電源模式（active、stop和sleep），具備電源域檢測和過流、過壓和欠壓保護(hù)機制，系統(tǒng)整體上電時間小于5ms，可通過LIN, MON, cyclic wakeup, GPIOs等多種方式喚醒芯片。
基于功能安全需要，1179還內(nèi)置電源監(jiān)視模塊，通過電源跟蹤放大器將關(guān)鍵電源信號緩沖到13 位Monitoring ADC，用來監(jiān)測電源狀態(tài)。
SPD1179參考設(shè)計
眾所周知，芯片廠商新產(chǎn)品往往需要配套參考設(shè)計方案，以降低下游用戶開發(fā)門檻，加速上市，公開課尾聲，許爍還向觀眾介紹了基于SPD1179的參考設(shè)計及配套軟硬件開發(fā)工具鏈。
許爍表示，旋智科技提供的Demo板除了最小系統(tǒng)之外，還包括電源高邊防反接及濾波電路、三相逆變橋電路、單電阻采樣濾波電路、母線電流采樣電路、外部PWM信號輸入檢測電路、LIN和CAN通訊電路等。
在三相逆變橋電路部分，SPD1179的電流型預(yù)驅(qū)架構(gòu)，可省略掉驅(qū)動電阻Rg及外部自舉電容CBOOT，在驅(qū)動MOS時，可直接由VCP供電，其電流驅(qū)動能力可通過寄存器靈活修改設(shè)置。
在單電阻采樣濾波電路部分，流經(jīng)采樣電阻的電流信號經(jīng)過簡單的RC濾波電路后可直接輸入到芯片端的DPGA輸入引腳，在內(nèi)部放大后，使用AD采樣配合相關(guān)算法完成三相電流重構(gòu)。
外部PWM信號輸入檢測電路在使用PWM占空比作為控制指令的應(yīng)用場景里，可通過PWM輸入檢測電路將信號傳遞至芯片ECAP模塊，以此計算出對應(yīng)的頻率及占空比。
母線電流采樣電路則可對采樣電阻信號經(jīng)過偏置計算及較大RC常數(shù)的濾波后輸入到芯片用于單端放大和采樣。
LIN，CAN通訊電路方面，SPD1179內(nèi)置CAN Controller，配合板載TJA1043/1044CAN Transceiver標(biāo)準(zhǔn)參考電路可實現(xiàn)CAN/CANFD通訊，板載LIN通訊參考電路具備LIN通訊能力。
關(guān)于開發(fā)工具鏈，許爍介紹旋智科技可提供代碼燒錄專用的算法Flm文件，也支持IAR和KEIL進(jìn)行開發(fā)，調(diào)試可以通過這個JScope來觀察內(nèi)部變量，也可以通過高速接口將數(shù)據(jù)上傳至Matlab進(jìn)行分析，而Matlab的Simulink也可以用于電機控制算法設(shè)計。
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