基于进芯电子DSP芯片ADM16F03A2的车载12V/24V电子风扇解决方案

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。 

01ADM16F03A2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。

主架构	C2000系列，16位定点DSP
主频	150MHz
存储资源	4Kx16位 SARAM、(256+256+32)x16位DARAM、32Kx16位Flash
通讯接口	SCI、SPI、LIN
外设	六路NMOS Pre-Driver+4TCON+3CAP+QEP+延时滤波+运算加速单元（除法+开方+反正切+帕克变换+32位乘法移位
模拟外设	OPA+3PGA+5比较器+温度传感器
电机驱动方式	有感/无感方波 有感/无感弦波
封装	QFN56 封装

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

02ADM16F03A2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。

技术支持

进芯电子可为客户提供以上方案的原理图、PCB参考板图、源代码、以及方案所对应的软硬件开发技术支持，需进一步了解方案详情，欢迎致电0731-88731027。