-適用于3相直流無刷電機的低速無感控制技術(shù)-
東芝電子元件及存儲裝置株式會社(“東芝”)宣布,推出集成了微控制器(MCU)與電機驅(qū)動電路的新一代“SmartMCD?”[1]系列新產(chǎn)品——“TB9M030FG”。該新產(chǎn)品內(nèi)置了適用于3相直流無刷電機低速運行的無感控制技術(shù),現(xiàn)已開始提供工程樣品。TB9M030FG適用于電動水泵、電動油泵、電動風(fēng)扇以及電動鼓風(fēng)機等汽車應(yīng)用中3相直流無刷電機的無感控制。
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隨著水泵、油泵和風(fēng)扇等汽車系統(tǒng)的電氣化進程不斷推進,汽車制造商對更加小型化、更高效率以及更低噪音的電機需求日益增長。與此同時,隨著車輛中電子控制單元(ECU)[2]數(shù)量的增加,減少元件數(shù)量和縮小電路板空間變得愈發(fā)重要,這也推動了對集成了MCU和電機控制柵極驅(qū)動電路的高集成度器件的需求。
在3相直流無刷電機的無感控制中,低速運行時精確檢測轉(zhuǎn)子位置是一大技術(shù)挑戰(zhàn),因此市場對高性能無感磁場定向控制(FOC)[3]技術(shù)的需求十分強烈,該技術(shù)能夠從零速[4]開始實現(xiàn)穩(wěn)定的控制。因此市場對能夠從零速開始實現(xiàn)穩(wěn)定控制的高性能無感磁場定向控制(FOC)技術(shù)的需求十分強烈。
TB9M030FG集成了基于Arm?Cortex??M0內(nèi)核的MCU、閃存、用于控制和驅(qū)動N溝道功率MOSFET的柵極驅(qū)動電路(用于3相直流無刷電機運行)、本地互連網(wǎng)絡(luò)(LIN)[5]收發(fā)器,以及可在汽車電池電壓下工作的電源系統(tǒng)——以上全部封裝在9mm×9mm(典型值)的小型QFP48封裝中。通過高度集成,該產(chǎn)品有助于ECU的小型化并減少外圍元件數(shù)量。
該新款MCD還內(nèi)置了東芝自主研發(fā)的矢量運算引擎硬件,可在降低FOC電機控制應(yīng)用中的CPU負載并縮小軟件程序大小。東芝所開發(fā)的低速無感控制技術(shù),在與凸極電機[6]配合使用時,可實現(xiàn)從零速到低速的位置無感FOC控制。該技術(shù)無需采用傳統(tǒng)的高頻注入方式[7],從而避免了由諧波注入所產(chǎn)生的噪音,實現(xiàn)更加安靜的電機運行。
TB9M030FG符合汽車電子認證標準AEC-Q100[8](0級)。
TB9M030FG的特性有助于汽車系統(tǒng)的小型化和減少元件數(shù)量,同時實現(xiàn)更先進、更精密的電機控制,使其適用于廣泛的車載電機應(yīng)用。
今后,東芝將繼續(xù)擴展SmartMCD?系列產(chǎn)品線,集成汽車系統(tǒng)所需的各類功能,為汽車系統(tǒng)的小型化和高集成化做出貢獻。
應(yīng)用:
汽車設(shè)備
- 電動水泵
- 電動油泵
- 電動風(fēng)扇
- 電動鼓風(fēng)機等
特性:
- 適用于3相直流無刷電機的無感控制柵極驅(qū)動IC(內(nèi)置電荷泵電路)
- 32位MCU(Arm?Cortex??M0),最高工作頻率40MHz(內(nèi)置低速與高速振蕩器)
- 內(nèi)置帶ECC功能的存儲器[9]:
代碼閃存:64KB;ROM:12KB;RAM:4KB
- 內(nèi)置用于FOC控制的矢量引擎(VE)及可編程電機驅(qū)動電路(PMD)[10]
- 內(nèi)置單分流電阻電流檢測放大器[11],12位A/D轉(zhuǎn)換器和10位A/D轉(zhuǎn)換器
- 與凸極電機配合時,可在從零速至低速區(qū)域?qū)崿F(xiàn)位置無感FOC控制
主要規(guī)格:
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注:
[1]SmartMCD:東芝電子元件及存儲裝置株式會社開發(fā)的汽車電機控制驅(qū)動電路(MCD)系列產(chǎn)品,將電機驅(qū)動電路與MCU集成于單一器件中。
[2]電子控制單元(ECU):安裝在汽車系統(tǒng)中的電子控制單元的統(tǒng)稱。
[3]磁場定向控制(FOC):一種典型的矢量控制方法,通過在電機旋轉(zhuǎn)坐標系(dq坐標系)中,將磁通分量(d軸)與轉(zhuǎn)矩分量(q軸)作為正交分量進行獨立控制。
[4]零速:電機通電并進行主動控制,但轉(zhuǎn)速為零的狀態(tài)。
[5]本地互連網(wǎng)絡(luò)(LIN):主要用于汽車電子控制單元(ECU)之間通信的串行通信協(xié)議之一。
[6]凸極電機:一種3相直流無刷電機,其轉(zhuǎn)子具有磁各向異性,導(dǎo)致d軸和q軸電感不同(Ld≠Lq),并可因電機內(nèi)部磁阻差異而產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩。
[7]高頻注入法:一種無感控制方法,通過將高頻電壓(或電流)信號注入到驅(qū)動電機的基波上,以檢測轉(zhuǎn)子位置。
[8]AEC-Q100:由汽車電子委員會(AEC)制定的汽車電子元器件可靠性與質(zhì)量標準,主要適用于集成電路(IC)。
[9]內(nèi)置糾錯碼(ECC)功能支持1位糾錯(SEC)和2位錯誤檢測(DED)。
[10]可編程電機驅(qū)動電路:一種電機控制硬件模塊,可生成脈沖寬度調(diào)制(PWM)、控制電流導(dǎo)通并檢測硬件故障,從而降低電機控制所需的處理負荷。
[11]單分流電阻電流檢測放大器:利用電流檢測分流電阻和電流檢測放大器間接估算電機電流。
[12]編碼器輸入電路(ENC):用于接收編碼器信號,以檢測電機的運行狀態(tài),包括位置、轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)方向。
[13]PWM通信:一種通過PWM信號的占空比(脈沖寬度)作為主要信息,用于模塊間通信的方法。
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