嵌入式電機(jī)驅(qū)動(dòng)SoC的BLDC主動(dòng)進(jìn)氣格柵系統(tǒng)方案解析

本期內(nèi)容將基于嵌入式電機(jī)驅(qū)動(dòng)SoC NSUC1610的無(wú)刷直流電機(jī)（BLDC）主動(dòng)進(jìn)氣格柵系統(tǒng)(AGS)方案向大家分享，并進(jìn)行AGS demo動(dòng)態(tài)演示，以展示NSUC1610在AGS應(yīng)用中的自學(xué)習(xí)模式、往復(fù)擺動(dòng)模式、速度控制和位置控制等功能。

新能源汽車熱管理系統(tǒng)是汽車中的一個(gè)關(guān)鍵系統(tǒng)，主要負(fù)責(zé)汽車的熱量管理和散熱控制。在新能源車熱管理系統(tǒng)中，往往需要使用至少兩個(gè)水泵和三個(gè)閥門，同時(shí)，這些應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)體積要求非常嚴(yán)苛，因此，納芯微推出了專用小型電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，內(nèi)部集成車載高壓LDO、LIN PHY、Gate Driver、MOSFET以及MCU的完整解決方案，可以幫助客戶實(shí)現(xiàn)安全可靠的車載電機(jī)控制。

AGS應(yīng)用及技術(shù)要求

在傳統(tǒng)燃油汽車中，主動(dòng)進(jìn)氣格柵系統(tǒng)（AGS）的主要作用是降低碳排放和提高燃油效率。調(diào)節(jié)AGS風(fēng)門可以使氣流按照所需的方式輸送，從而提升車輛的空氣動(dòng)力學(xué)特性。

AGS應(yīng)用的核心是BLDC的無(wú)感控制及位置控制。BLDC利用電子換向取代有刷直流電機(jī)的機(jī)械換向，因此具有使用壽命長(zhǎng)、效率高、功率密度高等特點(diǎn)。

在冷啟動(dòng)階段，關(guān)閉風(fēng)門可以加速引擎預(yù)熱。除了燃油車及混合動(dòng)力車，在純電車中，AGS也可以為整車熱管理系統(tǒng)提供充分的靈活性。所以，AGS應(yīng)用不僅適合傳統(tǒng)燃油汽車，也適用于新能源汽車。

AGS的作用

在設(shè)計(jì)方面，目前大部分AGS都是使用BLDC電機(jī)，采用六步方波無(wú)感控制方式。通常，電機(jī)供電為9～16V，正常工作電流在200mA左右，堵轉(zhuǎn)電流在700mA左右；通信一般采用LIN；最大力矩大約在2n·m，位置控制精度在±1°即可；工作溫度范圍通常為-40～105℃；EMC要求為Class4或5，并支持用于冬季破冰的Burst（突發(fā)）模式，且最好能夠支持UDS Bootloader的OTA。

AGS應(yīng)用的主要指標(biāo)

基于NSUC1610的AGS方案提升汽車能效與靈活性

納芯微NSUC1610是一款集成LIN總線物理層和小功率MOSFET陣列的單芯片車用小電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)級(jí)芯片（SoC）。該芯片支持12V汽車電池供電，能承受40V短時(shí)過(guò)壓，可用來(lái)直接控制小型有刷直流電機(jī)（BDC）、BLDC和步進(jìn)電機(jī)。使用NSUC1610有助于客戶減小PCB尺寸，簡(jiǎn)化生產(chǎn)設(shè)計(jì)流程，實(shí)現(xiàn)高效、緊湊且高性價(jià)比的電機(jī)控制應(yīng)用設(shè)計(jì)。

NSUC1610的優(yōu)勢(shì)包括高集成度、易于開(kāi)發(fā)調(diào)試、支持高電壓供電、集成功率級(jí)MOSFET和可配置DAC等。DAC用來(lái)配置比較器閾值，用于過(guò)流保護(hù)和步進(jìn)電機(jī)的微步控制。

為了匹配AGS應(yīng)用，NSUC1610采用ARM Cortex-M3內(nèi)核處理器，主頻為32MHz，64KB Flash非常適合OTA；開(kāi)發(fā)環(huán)境采用KEIL的IDE；開(kāi)發(fā)工具支持通用的JLINK和DAP-LINK，開(kāi)發(fā)調(diào)試簡(jiǎn)單。該器件有4個(gè)半橋，內(nèi)置MOSFET（驅(qū)動(dòng)電流達(dá)1.4A）和電源、LIN PHY，以及門級(jí)驅(qū)動(dòng)和上管驅(qū)動(dòng)所需的電荷泵電源；器件采用QFN32 5×5封裝。

NSUC1610功能框圖

作為一款汽車芯片，NSUC1610具備非常好的安全性，F(xiàn)lash和EEPROM都有ECC功能；同時(shí)具備兩個(gè)看門狗，一個(gè)是獨(dú)立看門狗，另一個(gè)是窗口看門狗。另外，芯片還具有非常豐富的保護(hù)功能，包括硬件過(guò)熱保護(hù)、過(guò)壓和欠壓保護(hù)。每個(gè)MOSFET也都有1.8A的硬件過(guò)流保護(hù)。NSUC1610的雙路溫度傳感器一個(gè)位于功率側(cè)做過(guò)溫?zé)彡P(guān)斷，另一個(gè)位于低壓側(cè)做芯片溫度檢測(cè)。此外，NSUC1610支持高壓（12V）的PWMIO，便于客戶使用高壓PWMIO直接控制外面的ECU。

總之，NSUC1610是按照AEC-Q100 Grade 0要求設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，晶圓結(jié)溫高達(dá)175℃；器件結(jié)構(gòu)緊湊，外圍電路非常簡(jiǎn)潔，非常適合AGS應(yīng)用。除了AGS，NSUC1610也適合BDC和步進(jìn)電機(jī)，且支持車用小型FOC（磁場(chǎng)定向控制）電機(jī)應(yīng)用。

NSUC1610 AGS解決方案

從基于無(wú)感BLDC的系統(tǒng)框圖可以看出，除了NSUC1610以外，其他都是一些阻容元件，電路非常簡(jiǎn)潔?；贜SUC1610的AGS方案采用的是無(wú)感六步方波，由于過(guò)流點(diǎn)為1.8A，因此可以很好地支持Burst破冰模式。

該方案還支持高速運(yùn)行，在600傳動(dòng)比下的轉(zhuǎn)速高達(dá)5RPM；豐富的保護(hù)功能可確保器件在嚴(yán)苛的電磁環(huán)境下可靠運(yùn)行；采用的算法支持快速可靠啟動(dòng)，同時(shí)具備角度自學(xué)習(xí)功能，并支持往復(fù)擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)模式、LIN通信及LIN UDS bootloader，還支持通過(guò)修改MOSFET壓擺率及LIN PHY壓擺率來(lái)優(yōu)化EMC性能。

無(wú)傳感器BLDC簡(jiǎn)圖

納芯微AGS方案基于自研的NovoStart和堵轉(zhuǎn)檢測(cè)技術(shù)，解決了AGS應(yīng)用的兩個(gè)難點(diǎn)問(wèn)題：可靠的啟動(dòng)和可信賴的堵轉(zhuǎn)檢測(cè)。

在啟動(dòng)部分，該方案采用NovoStart方法，利用內(nèi)部BEMFC（反電動(dòng)勢(shì)）比較器和創(chuàng)新的啟動(dòng)節(jié)拍，可以實(shí)現(xiàn)不同負(fù)載下的可靠啟動(dòng)。在堵轉(zhuǎn)檢測(cè)部分，該方案采用換向周期合理性檢查及電流積分方法，可以非常可靠且及時(shí)地識(shí)別出堵轉(zhuǎn)故障。這兩個(gè)特點(diǎn)對(duì)于AGS應(yīng)用非常重要。

AGS應(yīng)用的難點(diǎn)和解決方案

除了AGS應(yīng)用，這款高集成度產(chǎn)品還可以用來(lái)設(shè)計(jì)車用小尺寸、小功率、高效率電機(jī)智能執(zhí)行器應(yīng)用，例如熱管理系統(tǒng)中的電子水閥、空調(diào)電子出風(fēng)口、座椅通風(fēng)BLDC驅(qū)動(dòng)、隨燈轉(zhuǎn)向大燈（AFS）、旋轉(zhuǎn)/升降大屏控制、自動(dòng)充電口和自動(dòng)門把手等等。

用極簡(jiǎn)電路獲得全面保護(hù)

納芯微集成LIN和MOSFET功率級(jí)的單芯片車用小電機(jī)驅(qū)動(dòng)SoC NSUC1610以極簡(jiǎn)的外圍電路和極小的尺寸，為AGS應(yīng)用提供了全面的保護(hù)，同時(shí)有助于提升汽車能效與設(shè)計(jì)靈活性。

此外，器件采用32MHz主頻、Cortex-M3內(nèi)核，加上帶ECC的64K Flash，非常適合OTA應(yīng)用。創(chuàng)新的NovoStart啟動(dòng)方法和可靠的堵轉(zhuǎn)檢測(cè)策略，掃清了AGS應(yīng)用中的兩大難點(diǎn)。因此，NSUC1610是AGS應(yīng)用的理想選擇。

審核編輯：劉清