基于进芯电子ADM16F03A2 DSP作为主控芯片的车载12V/24V电子风扇方案

时间： 2024-06-18 来源：ADVANCECHIP（湖南进芯电子科技有限公司公众号）

技术问答

随着汽车产业“新四化”的加深，风扇、冷却液泵等车载小型设备的电气化控制也在不断推进。电子风扇帮助内燃机、电池等发热设备进行散热，是车载热管理系统中的重要一环。

目前电子风扇市场大多使用小型无刷直流电机驱动解决方案，为此，进芯电子推出了功率400W-12V/600W-24V电子风扇解决方案。该方案采用PWM/LIN通讯方式进行调速和故障反馈，使用单电阻弦波方案，具有顺逆风启动、电路简单、控制稳定、成本低等优点。电子风扇方案以进芯ADM16F03A2 DSP作为主控芯片。

图1 产品样机图

01、ADM16F03A2简介

ADM16F03A2是面向无刷电机控制的16位改进型DSP，集成LDO和6NMOS预驱模块，搭载150MHz主频16位DSP处理核+加速运算单元，事件管理器，SPI和SCI模块，12位ADC，并集成运算放大器、电压比较器和LIN收发器；可构成控制核心，支持有感、无感、方波、弦波等多模式无刷电机控制。下表是ADM16F03A2电机控制方面的资源简介。

表一 ADM16F03A2电机控制相关资源

同时， ADM16F03A2支持JTAG在线仿真，支持串口SCI方式的最低仅需四线的快速烧录模式。以下为ADM16F03A2芯片引脚定义排布图：

图2 芯片引脚定义排布图

02、ADM16F03A2应用优势

ADM16F03A2是一款高度集成的高性能BLDC/PMSM控制器，封装为QFN56，用户在设计电机控制系统时可实现最优的性价比，ADM16F03A2内部集成了六路 NMOS Pre-Driver，运算放大器，PGA，比较器，高速ADC,SCI，SPI和LIN等模块。同时，采用高性能16位CPU，内嵌32Kx16位Flash, 最高工作频率为150MHz，可满足高性能无刷电机控制的应用要求，并简化系统硬件成本。适用于BLDC/PMSM电机方波、SVPWM/SPWM、FOC驱动控制。

03、硬件模块介绍

电路模块主要包括：输入防反及滤波电路部分、24V转12V系统供电电路（24V方案）、ADM16F03A2最小系统、功率桥电路、ADC母线电压采样电路、单电阻采样运放采样电路、自举电路和PWM/LIN通讯反馈电路。

• 输入防反及滤波电路部分

输入通过N管，实现防反功能，加上Π型滤波电路，减少噪声或干扰信号。

图3 防反母线电路

• 24V转12V系统供电电路（24V方案）

通过DC-DC电路，把24V转换成后级系统需要的12V。

• ADM16F03A2最小系统

ADM16F03A2最小系统如下图所示，包含JTAG接口、串口、PWM模块、ADC模块等。

系统自带的运放OP1可以通过外围电阻配置为差分模式用于母线电流采样，运放的输出结果OP1OUT可接至COMP0做硬件过流保护，COMP0内部可以设置不同的比较电平，一旦触发阈值，可直接封锁PWM信号。

当需要离线烧录程序时，通过5V、TX、RX、IOPE4、GND信号测试焊盘，借助进芯的离线烧录工具可实现快速的脱机烧录。

图4 芯片及接口原理图

• 功率桥电路

功率桥电路采用上下管均为NMOS的配置，总计6个NMOS组成三相半桥驱动电路。

单采样电阻0.001R/0.002R，通过差分走线至ADM16F03A2的OP1的独立运放电路进行运放输入到芯片口采样进行运算。

图5 功率桥电路原理图

• ADC母线电压采样电路

母线电压采样电路，通过电阻分压送到芯片AD口，参与运算。

图 6 AD母线电压采样原理图

• 单电阻采样运放采样电路

通过内部独立运放OP1组进行差分运放15倍，送到A0口用做过流保护。

图 7 运放部分电路

• 自举电路

由芯片内部输出VDRV的12V电压，给到自举电路部分，让上桥驱动电压抬升，以便可以控制上桥。

图8 自举电路部分

• PWM/LIN通讯反馈电路

外部输入PWM/LIN信号，通过芯片内部集成的LIN模块实现PWM/LIN通讯反馈。

图9 PWM/LIN通讯电路

04、方案描述

采用单电阻弦波，电路简单，成本低。无感FOC，功率闭环、速度闭环。各项保护齐全（过欠压、过流、堵转、缺相、功率）等特点。

05、产品参数

电机转速：2500转/分钟

电压：DC12V/24V

功率：400W/600W

多种保护措施：过流保护、短路保护、过压保护、欠压保护、堵转保护、缺相保护、功率保护、启动保护等。

本方案使用无感单电阻FOC算法，母线电压ADC检测，通过PWM/LIN进行控制不同的转速及故障反馈功能。拥有顺逆风启动，噪声小，波形控制稳定等特点。

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