基于NXP FS32K142HAT0MLHT的800W汽车风机解决方案

         发动机是为汽车提供动力的装置,是汽车的心脏,发动机能否正常工作直接影响汽车的性能。发动机在工作时,由于各部分运动零件之间摩擦和燃料的燃烧,温度极高。一般来说,燃烧室温度将超过2000度,气缸壁上部最高可达400度,为了确保发动机正常工作,需要对发动机进行散热,以提高发动机的功率,减少发动机的磨损和燃料消耗。

       传统的冷却系统主要以风冷为主,利用发动机冷却风扇来进行散热,功率在600W以上,下面介绍基于FS32K142的无刷直流三相电机的发动机冷却风机控制器设计方案。FS32K14x系列高性能通用微处理器有32-bit单精度的硬件浮点数处理单元(FPU),运行高达112MHz主频(HSRUN模式)的ARM Cortex M4F内核,并配备了16通道的DMA、支持CAN-FD的FlexCAN模块和用于BLDC/PMSM电机控制的dual 12-bit高速 ADC、支持灵活配置的FlexTimer定时器(产生中间对齐带死区插入的PWM信号)。

      FS32K14x MCU 框图如下:
      

     为了加速用户基于FS32K14x系列MCU的通用电子应用开发,提供了基于FS32K142和MC33GD3000  MOSFET预驱芯片的开发套件。该方案的硬件系统框图如下:

     
       8~36V的VBAT电源输入首先通过防反接保护电路获得Vin作为DC-DC电源转换器的输入和MC33GD3000 及三个H桥驱动电路的功率电源,产生7V的Vpre,然后再经过两个LDO电压调节器产生两路5V电源分别给 FS32K142主控MCU和TJA1043T及TJA1021T收发器供电,并为高精度模拟电路提供参考电压。

      SWD接口用于FS32K142的程序下载和调试,TRGMUX接口可以将FOC算法的触发信号输出辅助调试,同时设计了一个TTL电平的UART接口用于与上位机的FreeMASTER MCAT电机参数调节GUI工作通信。
     为了支持位置和速度传感器,预留了一个HALL传感器和一个编码器接口从而实现有传感器的FOC算法,信号调理和放大电路保证了BLDC/PMSM电机的三相电流采集和无传感器FOC算法反电动势采集。

    参考设计板的接口分布如下图:
    

     各个接口的信号分配如下表:
   
     

     GUI调试界面:


   


场景应用图

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产品实体图

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展示版照片

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方案方块图

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核心技术优势

(1)支持24V系统(同时兼容12V系统)输出800W功率的FOC BLDC/PMSM 电机控制应用 (2)支持多种电机的直接参数调节 (3)支持CAN/LIN/PWM电机控制输入 (4)支持单电阻、双电阻、三电阻采样 (5)支持过压(OV)、欠压(UV)、过流(OC)、过温(OT)和短路等诊断和保护 (6)实现了堵转检测和弱磁控制等高级电机控制算法

方案规格

(1)支持8-36V的直流电源输入 (2)支持无传感器 (Sensorless) FOC BLDC/PMSM电机控制 (3)支持基于Hall和Encoder的有传感器FOC BLDC/PMSM电机控制 (4) 提供S32DS IDE应用工程和Makefile编译工程,从而支持多种工具链—GCC、IAR和GHS以及多种调试器——Lauterbach、U-Multilink 和J-LINK

技术文档

类型标题档案
软件Power Test Report
软件Schematics

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随着汽车电子技术的发展,以及消费者对汽车驾驶舒适性及智能自动驾驶技术的需求日益增长,汽车电子中出现了越来越多基于电机控制的应用,比如发动机燃油泵、
机油泵、冷却风扇、空调压缩机、座椅调节、门窗控制器等。同时,这些应用正由传统有刷直流电机(DC-Motor)升级为三相交流控制的无刷直流(BLDC)和永磁同步
(PMSM)电机,因为BLDC和PMSM拥有以下优势:
(1)更高效,节能,减少汽车排放
(2)寿命长、噪声小、舒适性好
为了加速用户基于FS32K14x系列MCU的通用电子应用开发,提供了基于FS32K142和MC33GD3000 MOSFET 预驱芯片的开发套件。