基于NXP FS32K142HAT0MLHT的800W汽車(chē)風(fēng)機解決方案

發(fā)動(dòng)機是為汽車(chē)提供動(dòng)力的裝置，是汽車(chē)的心臟，發(fā)動(dòng)機能否正常工作直接影響汽車(chē)的性能。發(fā)動(dòng)機在工作時(shí)，由于各部分運動(dòng)零件之間摩擦和燃料的燃燒，溫度極高。一般來(lái)說(shuō)，燃燒室溫度將超過(guò)2000度，氣缸壁上部最高可達400度，為了確保發(fā)動(dòng)機正常工作，需要對發(fā)動(dòng)機進(jìn)行散熱，以提高發(fā)動(dòng)機的功率，減少發(fā)動(dòng)機的磨損和燃料消耗。
       傳統的冷卻系統主要以風(fēng)冷為主，利用發(fā)動(dòng)機冷卻風(fēng)扇來(lái)進(jìn)行散熱，功率在600W以上，下面介紹基于FS32K142的無(wú)刷直流三相電機的發(fā)動(dòng)機冷卻風(fēng)機控制器設計方案。FS32K14x系列高性能通用微處理器有32-bit單精度的硬件浮點(diǎn)數處理單元(FPU)，運行高達112MHz主頻(HSRUN模式)的ARM Cortex M4F內核，并配備了16通道的DMA、支持CAN-FD的FlexCAN模塊和用于BLDC/PMSM電機控制的dual 12-bit高速 ADC、支持靈活配置的FlexTimer定時(shí)器(產(chǎn)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(hù)基于FS32K14x系列MCU的通用電子應用開(kāi)發(fā)，提供了基于FS32K142和MC33GD3000  MOSFET預驅芯片的開(kāi)發(fā)套件。該方案的硬件系統框圖如下：

     
       8~36V的VBAT電源輸入首先通過(guò)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(gè)H橋驅動(dòng)電路的功率電源，產(chǎn)生7V的Vpre，然后再經(jīng)過(guò)兩個(gè)LDO電壓調節器產(chǎn)生兩路5V電源分別給 FS32K142主控MCU和TJA1043T及TJA1021T收發(fā)器供電，并為高精度模擬電路提供參考電壓。

      SWD接口用于FS32K142的程序下載和調試，TRGMUX接口可以將FOC算法的觸發(fā)信號輸出輔助調試，同時(shí)設計了一個(gè)TTL電平的UART接口用于與上位機的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(gè)HALL傳感器和一個(gè)編碼器接口從而實(shí)現有傳感器的FOC算法，信號調理和放大電路保證了BLDC/PMSM電機的三相電流采集和無(wú)傳感器FOC算法反電動(dòng)勢采集。

    參考設計板的接口分布如下圖：
    

     各個(gè)接口的信號分配如下表：
   
     

     GUI調試界面：

?場(chǎng)景應用圖

?產(chǎn)品實(shí)體圖

?展示板照片

?方案方塊圖

?核心技術(shù)優(yōu)勢

（1）支持24V系統（同時(shí)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、三電阻采樣 （5）支持過(guò)壓(OV)、欠壓(UV)、過(guò)流(OC)、過(guò)溫(OT)和短路等診斷和保護 （6）實(shí)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(wú)傳感器 (Sensorless) FOC BLDC/PMSM電機控制 （3）支持基于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