汽车发动机AGS无感BLDC控制方案

AGS具有帮助汽车发动机储存热量、降低空气阻力、保护汽车冷却模块等作用，是汽车实现节能减排的重部件。当前国内汽车市场节能减排的趋势不断加深，AGS市场渗透率将持续提升。随着汽车工业的发展和技术的不断进步，AGS也在不断升级和改进。未来的AGS将会更加智能化和自动化，能够更加准确地感知车辆的运行状态和环境信息，从而更加精准地调节进气量，提高发动机的工作效率。  

主动进气格栅（AGS）

2.1 工作原理
主动进气格栅是由进气口、电机、传动机构和控制系统组成的，通过控制电机正反转带动百叶片转动实现主动进气格栅的开合度的调节。

 

图 1 AGS外形图 2.2 功能作用
主动进气格栅是车辆热管理系统的一部分，当车辆冷启动时，进气格栅会完全闭合，机舱内的热量不易散失，缩短发动机预热时间，加快发动机进入最佳工作状态；当车辆温度过高时，进气格栅又会主动打开，以增加进气量，保证发动机的散热和工作效率。当车辆行驶速度非常高时，适当地关闭进气格栅可以降低车辆的风阻，从而提高发动机的燃油效率。

高集成度电机控制芯片——NSUC1610

NSUC1610是一种集成驱动和4路半桥的微控制器，主要用于控制小功率直流电机，可支持驱动直流有刷电机、直流无刷电机、步进电机等。该芯片采用先进的高温高压工艺，结温最高可支持到175°C，电压耐压最高可到40V，具有过压保护功能，LIN端口能够支持-40V~40V耐压。芯片采用的是ARM Cortex-M3内核，使用独立数据总线和地址总线，能够提高取指令和取数据的效率。

3.1 芯片特点
➢ 64KBytes Flash, 4KBytes SRAM, 512 Bytes EEPROM；
➢ 32MHz高精度振荡器，35KHz低功耗低速时钟；
➢ 工作电压5.5V~18V ,可承受40V短时间过压；
➢ 1个12bit高精度1MSPS ADC；
➢ 2个8bit DAC；
➢ 3个快速反电势比较器BEMFC；
➢ 支持3线4线SPI通信；
➢ 1个LINUART模块，集成 LIN PHY，支持LIN2.X通信；
➢ 3个16bit输入捕获模块；
➢ 2个16bit定时器；
➢ 1个窗口看门狗和1个数字看门狗；
➢ 4路半桥输出，4路增强型互补EPWM输出，内部有过流保护，可输出100%占空比；
➢ 每路MOUT输出电流可达1A，1个软件可控制的高边驱动；
➢ 1个5V输出的LDO和1个1.8V输出的LDO；
➢ 1个温度传感器，内部集成过温关断功能，可以保护桥臂，防止出现过温；
➢ QFN32封装，仅5x5mm，符合AEC - Q100 。

图 2 NSUC1610内部框图

3.2 AGS无感BLDC控制方案

使用NSUC1610做主动进气格栅无感BLDC的方案如图3所示，高度集成的电机驱动方案不再需要复杂的外围电路，使用四路半桥的其中三路即可支持一个BLDC电机，可通过LIN信号控制电机的运动。

图3 无感BLDC控制方案

对于电机旋转过程中反电动势过零点的检测，NSUC16x0内部集成了BEMFC模块，内部包含三个比较器，分别用于比较三相线与虚拟中性点电压的大小关系。同时，BEMFC的比较器包含了消隐、滤波以及EPWM同步功能来保障检测过零点的无误性。最终将BEMFC的比较结果传递给CAPCOM模块，确定换相点以及消磁的时刻。整个硬件关系如图4所示。

图4 硬件配置

3.3 方案优势

➢ 高集成控制器，体积仅5x5mm
封装小巧，内部集成4路半桥、LIN收发器等，仅需电源防反接等少量外围电路设计，减少PCB设计成本、难度、空间。采用QFN32封装，体积仅5x5mm，非常适用于有体积要求的电机控制应用。 ➢ 支持100%占空比导通
集成半桥的高边MOS采用电荷泵驱动，可支持100%占空比导通。 ➢ LIN总线接口
集成LIN总线接口，可用作空闲和睡眠模式的唤醒源，并支持LIN物理层对多个源（如LIN-UART、PWMIO、定时器0和LIN_DI/LIN_DO）的I/O进行多路复用，便于与上层控制器进行通信。 ➢ 过流保护功能
所有MOUT端口都具有其高侧和低侧的过流检测。如果在高侧或低侧开关上检测到过流情况，则通过相应的响应诊断信号（bridge_oc[x], [x=0~3]）将其发送给EPWM模块进行评估，根据相应的设置关闭所有MOUT端口或仅关闭受影响的MOUT端口。产生过流后，需要应用程序SW清除过流寄存器PWM_OC中相应标志时，MOUT端口才能再次打开。 ➢ 双路温度传感器
芯片集成2个温度传感器，一个连接至ADC模块，可以进行温度采样，一个是用于监控芯片温度判断是否要进入热关断模式。如果结温超过热停机温度（TJ > TTSD），设备进入TSD模式，除热关机逻辑外，所有模块都关闭，保护设备不被热损坏。当结温低于热停机返回温度（TJ < TTSDR），自动退出TSD模式。 ➢ 无感/有感BLDC驱动
集成电阻网路以及三路反电动势比较器（BEMFC），可支持无感BLDC驱动；也可以配置其中3个GPIO为上拉输入模式，作为三相HALL的信号输入，从而实现有感BLDC驱动。

目前AGS主要应用于传统燃油车上，是进气和散热的关键部件。同时，AGS还能起到为新能源汽车发动机提供混合气、为其发动机舱进行冷却、改善其机舱内涡轮等作用。使用NSUC1610做AGS的无感BLDC控制，有助于客户减少PCB尺寸，实现更高效、更紧凑以及高性价比的电机控制应用设计。立功科技可提供芯片外设模块例程、无感BLDC驱动的应用例程和相关软硬件设计参考，降低开发难度和成本，协助厂商实现快速开发。

审核编辑：黄飞