基於NXP FS32K142HAT0MLHT的800W汽車風機解決方案

         發動機是為汽車提供動力的裝置,是汽車的心臟,發動機能否正常工作直接影響汽車的性能。發動機在工作時,由於各部分運動零件之間摩擦和燃料的燃燒,溫度極高。一般來說,燃燒室溫度將超過2000度,氣缸壁上部最高可達400度,為了確保發動機正常工作,需要對發動機進行散熱,以提高發動機的功率,減少發動機的磨損和燃料消耗。

       傳統的冷卻系統主要以風冷為主,利用發動機冷卻風扇來進行散熱,功率在600W以上,下面介紹基於FS32K142的無刷直流三相電機的發動機冷卻風機控制器設計方案。FS32K14x系列高性能通用微處理器有32-bit單精度的硬體浮點數處理單元(FPU),運行高達112MHz主頻(HSRUN模式)的ARM Cortex M4F內核,並配備了16通道的DMA、支持CAN-FD的FlexCAN模塊和用於BLDC/PMSM電機控制的dual 12-bit高速 ADC、支持靈活配置的FlexTimer定時器(產生中間對齊帶死區插入的PWM信號)。

      FS32K14x MCU 框圖如下:
      

     為了加速用戶基於FS32K14x系列MCU的通用電子應用開發,提供了基於FS32K142和MC33GD3000  MOSFET預驅晶片的開發套件。該方案的硬體系統框圖如下:

     
       8~36V的VBAT電源輸入首先通過防反接保護電路獲得Vin作為DC-DC電源轉換器的輸入和MC33GD3000 及三個H橋驅動電路的功率電源,產生7V的Vpre,然後再經過兩個LDO電壓調節器產生兩路5V電源分別給 FS32K142主控MCU和TJA1043T及TJA1021T收發器供電,並為高精度模擬電路提供參考電壓。

      SWD接口用於FS32K142的程序下載和調試,TRGMUX接口可以將FOC算法的觸發信號輸出輔助調試,同時設計了一個TTL電平的UART接口用於與上位機的FreeMASTER MCAT電機參數調節GUI工作通信。
     為了支持位置和速度傳感器,預留了一個HALL傳感器和一個編碼器接口從而實現有傳感器的FOC算法,信號調理和放大電路保證了BLDC/PMSM電機的三相電流採集和無傳感器FOC算法反電動勢採集。

    參考設計板的接口分布如下圖:
    

     各個接口的信號分配如下表:
   
     

     GUI調試界面:

   


►場景應用圖

►產品實體圖

►展示板照片

►方案方塊圖

►核心技術優勢

(1)支持24V系統(同時兼容12V系統)輸出800W功率的FOC BLDC/PMSM 電機控制應用 (2)支持多種電機的直接參數調節 (3)支持CAN/LIN/PWM電機控制輸入 (4)支持單電阻、雙電阻、三電阻採樣 (5)支持過壓(OV)、欠壓(UV)、過流(OC)、過溫(OT)和短路等診斷和保護 (6)實現了堵轉檢測和弱磁控制等高級電機控制算法

►方案規格

(1)支持8-36V的直流電源輸入 (2)支持無傳感器 (Sensorless) FOC BLDC/PMSM電機控制 (3)支持基於Hall和Encoder的有傳感器FOC BLDC/PMSM電機控制 (4) 提供S32DS IDE應用工程和Makefile編譯工程,從而支持多種工具鏈—GCC、IAR和GHS以及多種調試器——Lauterbach、U-Multilink 和J-LINK

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