多種控制方式的直流無刷電機(BLDC)汽車冷卻風扇方案

2020-12-06 國際電子商情

應用領域：B0cesmc

本方案針對的主要應用領域有兩類：面向12V/24V的乘用車/商用車電子風扇的控制；面向200V以下的新能源汽車的電池散熱風扇的控制。B0cesmc

· 12V/24V的乘用車/商用車電子風扇B0cesmc

汽車發動機在高溫工作環境下必須得到適度的降溫，以使其保證在合適的環境溫度下工作，才能滿足發動機的良好性能，耐久性和廢氣排放要求。因此發動機冷卻系統在此起到了保障發動機正常工作的左右，而在發動機冷卻系統中，最重要的就是冷卻風扇（Cooling Fan）的控制技術。B0cesmc

應用在發動機冷卻上的風扇控制方案，需要做到高可靠性，高效率，低噪音。B0cesmc

所以，我們採用BEMF控制方式來實現冷卻風扇的控制方案。B0cesmc

· 200V以下的新能源汽車的電池散熱風扇B0cesmc

新能源汽車電池散熱風扇的工作在新能源汽車電池管理中起到了至關重要的作用，由於在高溫環境下電池健康狀態（SOH）會發生嚴重的衰退，如不能很好的將溫度降低電池特性要求的溫度範圍之內，對電池的充放電特性和壽命都有巨大影響。B0cesmc

應用在新能源汽車的電池散熱風扇方案，應具備耐高溫高壓，低功耗，小體積和輕量化的特點。所以我們採用FOC的控制方式來實現新能源汽車的電池散熱風扇的方案。B0cesmc

系統框圖：B0cesmc

B0cesmc

本方案基於32bit MCU系統，和整車進行LIN通信，能快速接受車輛發送的調速信息；獨立的預驅晶片有強大的驅動能力驅動6路MOSFET，同時集成電流檢測和各種診斷保護功能，無需外置電路就可以對系統進行完整的診斷和保護；六路MOSFET可以根據不同的應用進行調整，可以驅動功率達到400W電扇。B0cesmc

主要器件：B0cesmc

MCUB0cesmc

採用ST 高性能32bit 汽車級MCU SPC560P34L1，有ISO26262認證，並符合AEC-Q100規範。該款MCU是專門為電機驅動而開發，晶片主頻高達64MHz，64KB Data Flash，12KB RAM，1CH CAN，2CH LIN，內置CTU和10CH 16bit的ADC，非常適合開發電機類的應用。同時，這顆晶片既適合開發BEMF系統，又有足夠的資源來開發基於FOC算法的控制方案。B0cesmc

Pre-DriverB0cesmc

選用ST L9907A作為預驅，和MCU通信並驅動MOSFET。這顆晶片驅動能力強，灌電流達到700mA，能夠驅動功率較大的MOSFET，使方案能適應更大功率的風扇；兼容3.3V的MCU接口，同時輸入電壓最高達到36V，能夠使用在12V/24V的汽車系統中。如需開發新能源車電池散熱風扇，可將預驅替換為3顆A6388，這顆晶片有更高的耐壓值，可以適應工作電壓在200V以下的新能源車系統。B0cesmc

MOSFETB0cesmc

使用ST最新STripFET6技術的STD120N4F6，導通電阻低至4mΩ，穩態輸出能力達到40A，而且該款MOSFET有D2PAK，DPAK，TO-220多種封裝，能適合不同散熱尺寸的產品要求。B0cesmc

方案特點：B0cesmc

  1. 在採用FOC 算法時，明顯改善風扇高速運行時的噪音，最大轉速時電機單體噪音低於72dB(A)
  2. 與之前的算法相比，同樣轉速，系統功耗降低20%，減少了整車排放
  3. 啟動可靠性高，同時加入了順逆風啟動的優化，以適應不同的使用環境
  4. 佔空比匹配電壓調速，通過外部調節電壓1.5V~12V的變化，來實現佔空比0~100%的調速
  5. 能適應多個系統，覆蓋12V/24V/48V的系統電壓要求

系統BOM：B0cesmc

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FOC控制算法 Vs BEMF控制算法B0cesmc

FOC控制算法和BEMF控制算法是BLDC電機應用中的主流控制算法，我們在一系列的方案開發中，發現這兩種算法各有特點，在各自適合的應用中往往會有很好的表現。
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小結：B0cesmc

隨著新能源汽車的崛起，現代汽車中使用的電機呈顯多樣化，多量化，如何開發一種硬體一致性強，軟體調整靈活的系統，有著巨大的市場需求。威雅利電子提供整體的解決方案，在控制無刷電機方面靈活多變，可適應性強，除了冷卻風扇應用之外，還可以應用在多個汽車無刷風扇控制項目上。可以預期，隨著汽車節能減排和新能源車的大行其道，本方案會有更大的發展前景，希望和廣大客戶共享技術帶來的進步。B0cesmc

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