S12ZVM-EFP燃油泵方案介紹
摘要：燃油泵是汽車(chē)內(nèi)非常重要的一個(gè)部件，目前絕大部分的電動(dòng)燃油泵都是采用直流有刷電機(jī)來(lái)控制的，但基于無(wú)刷直流電機(jī)的電動(dòng)燃油泵越來(lái)越受歡迎，特別是在高端品牌汽車(chē)。本方案可以滿(mǎn)足這個(gè)開(kāi)發(fā)需求。
一、S12ZVM-EFP方案介紹
本方案以S12ZVML128為主控，S12ZVM系列產(chǎn)品是NXP推出的汽車(chē)級(jí)電機(jī)控制單芯片集成方案，其將微處理器、電源、驅(qū)動(dòng)及各種模擬外設(shè)集成在一起，最大化節(jié)省PCB尺寸，集成度非常高，穩(wěn)定可靠，既有單電阻方案、也有雙電阻方案，是EFP(電動(dòng)燃油泵)、冷卻風(fēng)扇、暖通風(fēng)機(jī)等PMSM/BLDC電機(jī)應(yīng)用的絕佳選擇。本方案主要特點(diǎn)如下：
1)支持12V電源輸入，支持功率高達(dá)250W電機(jī)控制系統(tǒng);
2)支持FOC控制，包括雙電阻采樣和單電阻采樣;
3)可穩(wěn)定快速啟動(dòng)，從靜止到額定速度滿(mǎn)足嚴(yán)格的啟動(dòng)時(shí)間<150ms;
4)電流閉環(huán)I/F啟動(dòng)和初始位置檢測(cè)算法以保證成功啟動(dòng);
5)燃油泵系統(tǒng)通過(guò)了電源電壓突變、負(fù)載突變、速度指令跳變和溫升試驗(yàn)，可靠性高;
6)支持多種診斷和保護(hù)，包括UV(欠壓)、OV(過(guò)壓)、OT(過(guò)溫)、OC(過(guò)流)、短路、失速檢測(cè)等;
7)支持LIN/PWM的控制轉(zhuǎn)速;
上圖是本方案的demo板，本方案是為燃油泵量身打造，其中包含四大亮點(diǎn)，可以讓客戶(hù)快速完成開(kāi)發(fā)驗(yàn)證!
二、重要亮點(diǎn)詳細(xì)介紹
1. 亮點(diǎn)1：集成度高
本方案集成度較高，主要原因是S12ZVM系列產(chǎn)品集成度較高，上圖是S12ZVM芯片資源框圖，將16bit S12Z內(nèi)核與高電壓模擬組件集成在一顆芯片上，包括一個(gè)電源穩(wěn)壓器LDO、電荷泵、高低邊驅(qū)動(dòng)、運(yùn)放和LIN的物理層等。MCU主頻最高可到100MHz、總線(xiàn)速率最高可達(dá)50MHz，耐壓高達(dá)40V，用戶(hù)能夠?qū)⒏唠妷盒盘?hào)和電源直接連接到MCU上。Flash 容量從16KB到256KB，整個(gè)EEPROM、Flash、RAM都有帶ECC校驗(yàn)和保護(hù)，可以做到功能安全I(xiàn)SO26262，環(huán)境溫度可達(dá)150℃(Grade 0)，結(jié)溫可達(dá)175℃。
基于S12ZVM的特性，可以將PCB控制在較小的尺寸內(nèi)!
2. 亮點(diǎn)2：保護(hù)機(jī)制充足
失速檢測(cè)
擁有專(zhuān)利US20170126153A1來(lái)檢測(cè)失速情況，該專(zhuān)利采用BEMF一致性檢測(cè)方法來(lái)檢測(cè)，主要原理是檢查兩個(gè)BEMF的一致性。如果觀測(cè)器輸出Eq與電機(jī)轉(zhuǎn)速不成線(xiàn)性關(guān)系，說(shuō)明觀測(cè)器工作不正常，表明電機(jī)處于失速狀態(tài)。
OC, OV, UV, OT保護(hù)
· 過(guò)流保護(hù)，有兩種檢測(cè)方法，一種是使用GDU的比較器生成OC事件;另一種方法是通過(guò)軟件檢查;
· 電壓檢測(cè)，如果電源超出正常范圍，GDU會(huì)產(chǎn)生OV和UV事件;
· 過(guò)溫檢測(cè)，芯片內(nèi)部有溫度傳感器可對(duì)S12ZVM進(jìn)行溫度采樣。它可以有效監(jiān)控ECU的溫度，當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)觸發(fā)OT事件。
3. 亮點(diǎn)3：?jiǎn)?dòng)方式快速、可靠
電流閉環(huán)的I-F啟動(dòng)(一種過(guò)渡到q軸的d軸啟動(dòng)方法)和初始位置檢測(cè)(IPD)算法確保啟動(dòng)的穩(wěn)定性。
經(jīng)測(cè)試，S12ZVM-EFP demo啟動(dòng)高達(dá)8000 rpm，時(shí)間為107.6 ms，滿(mǎn)足燃油泵的核心難點(diǎn)需求!
4. 亮點(diǎn)4：軟件編寫(xiě)方式靈活、簡(jiǎn)單
軟件框架如上圖所示，最底層是硬件驅(qū)動(dòng)層，其次是LLD和中間件，其中包括關(guān)鍵的電機(jī)控制外圍驅(qū)動(dòng)，如CPMU、ADC、GDU、PMF和PTU。最上層是應(yīng)用軟件，包括用戶(hù)APP、通信棧(LIN和PWM)和電機(jī)控制。用戶(hù)可以在應(yīng)用程序?qū)又刑砑幼约旱拇a，通過(guò)使用電機(jī)控制API來(lái)驅(qū)動(dòng)油泵或其他BLDC/PMSM。
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