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多种控制方式的直流无刷电机(BLDC)汽车冷却风扇方案

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本方案针对的主要应用领域有两类:面向12V/24V的乘用车/商用车电子风扇的控制;面向200V以下的新能源汽车的电池散热风扇的控制。

· 12V/24V的乘用车/商用车电子风扇

汽车发动机在高温工作环境下必须得到适度的降温,以使其保证在合适的环境温度下工作,才能满足发动机的良好性能,耐久性和废气排放要求。因此发动机冷却系统在此起到了保障发动机正常工作的左右,而在发动机冷却系统中,最重要的就是冷却风扇(Cooling Fan)的控制技术。

应用在发动机冷却上的风扇控制方案,需要做到高可靠性,高效率,低噪音。

所以,我们采用BEMF控制方式来实现冷却风扇的控制方案。

· 200V以下的新能源汽车的电池散热风扇

新能源汽车电池散热风扇的工作在新能源汽车电池管理中起到了至关重要的作用,由于在高温环境下电池健康状态(SOH)会发生严重的衰退,如不能很好的将温度降低电池特性要求的温度范围之内,对电池的充放电特性和寿命都有巨大影响。

应用在新能源汽车的电池散热风扇方案,应具备耐高温高压,低功耗,小体积和轻量化的特点。所以我们采用FOC的控制方式来实现新能源汽车的电池散热风扇的方案。

系统框图:

本方案基于32bit MCU系统,和整车进行LIN通信,能快速接受车辆发送的调速信息;独立的预驱芯片有强大的驱动能力驱动6路MOSFET,同时集成电流检测和各种诊断保护功能,无需外置电路就可以对系统进行完整的诊断和保护;六路MOSFET可以根据不同的应用进行调整,可以驱动功率达到400W电扇。

主要器件:

MCU

采用ST 高性能32bit 汽车级MCU SPC560P34L1,有ISO26262认证,并符合AEC-Q100规范。该款MCU是专门为电机驱动而开发,芯片主频高达64MHz,64KB Data Flash,12KB RAM,1CH CAN,2CH LIN,内置CTU和10CH 16bit的ADC,非常适合开发电机类的应用。同时,这颗芯片既适合开发BEMF系统,又有足够的资源来开发基于FOC算法的控制方案。

Pre-Driver

选用ST L9907A作为预驱,和MCU通信并驱动MOSFET。这颗芯片驱动能力强,灌电流达到700mA,能够驱动功率较大的MOSFET,使方案能适应更大功率的风扇;兼容3.3V的MCU接口,同时输入电压最高达到36V,能够使用在12V/24V的汽车系统中。如需开发新能源车电池散热风扇,可将预驱替换为3颗A6388,这颗芯片有更高的耐压值,可以适应工作电压在200V以下的新能源车系统。

MOSFET

使用ST最新STripFET6技术的STD120N4F6,导通电阻低至4mΩ,稳态输出能力达到40A,而且该款MOSFET有D2PAK,DPAK,TO-220多种封装,能适合不同散热尺寸的产品要求。

方案特点:

系统BOM:

FOC控制算法 Vs BEMF控制算法

FOC控制算法和BEMF控制算法是BLDC电机应用中的主流控制算法,我们在一系列的方案开发中,发现这两种算法各有特点,在各自适合的应用中往往会有很好的表现。

小结:

随着新能源汽车的崛起,现代汽车中使用的电机呈显多样化,多量化,如何开发一种硬件一致性强,软件调整灵活的系统,有着巨大的市场需求。威雅利电子提供整体的解决方案,在控制无刷电机方面灵活多变,可适应性强,除了冷却风扇应用之外,还可以应用在多个汽车无刷风扇控制项目上。可以预期,随着汽车节能减排和新能源车的大行其道,本方案会有更大的发展前景,希望和广大客户共享技术带来的进步。