【導讀】隨著(zhù)新能源汽車(chē)的快速發(fā)展，熱管理系統的重要性日益突出。因為不同零部件或者位置的最佳工作溫度不一樣，例如電機，電控，電池，座艙等，所以需要一套系統對整車(chē)的熱量進(jìn)行精細化的調節，從而提高整車(chē)的系統熱效率，進(jìn)而提高續航里程。如下圖所示，這套系統往往由水泵，冷卻液多通閥和膨脹閥等組成。因為它們的位置比較靠近，所以該系統逐漸從分布式走向集中式。因為純電動(dòng)汽車(chē)沒(méi)有傳統油車(chē)的皮帶輪，所以這些執行器往往通過(guò)電機驅動(dòng)。即使是插電式混動(dòng)汽車(chē)，在追求系統高效率的驅動(dòng)下，廠(chǎng)家往往希望熱管理系統執行器與發(fā)動(dòng)機皮帶輪解耦，從而進(jìn)行更靈活的調節。為此，英飛凌基于豐富的MOTIX?系列產(chǎn)品和MCU家族，可以根據客戶(hù)需求，靈活地提供熱管理系統的低壓執行器系統級驅動(dòng)解決方案。
以控制目標為基礎，我們將復雜的熱管理系統進(jìn)行抽象化，化繁為簡(jiǎn)，可以得到下圖的結構簡(jiǎn)圖。一般而言，水泵由三相BLDC驅動(dòng)，冷卻液多通閥由BDC電機驅動(dòng)，膨脹閥由步進(jìn)電機或者BLDC電機驅動(dòng)，通過(guò)ADC采集溫度傳感器和液位傳感器的信號。這些執行器和傳感器的數量取決于汽車(chē)的系統設計。因為系統執行器比較多，需要的通信帶寬比較高，所以一般采用CAN通信。
方案一: TRAVEO? T2G + SBC + Driver + Bridge
針對這些執行器和傳感器，基于英飛凌豐富的MOTIX?和MCU家族，我們首先提出第一種解決方案：
驅動(dòng)一個(gè)電機需要LDO，MCU，gate driver, amplifier, LIN/CAN transceiver和MOSFET?；诖?，英飛凌推出了針對低壓電機驅動(dòng)的品牌MOTIX?。其中，最簡(jiǎn)單的driver系列如下圖左一部分所示，有TLE9210x系列和TLE918x系列；將driver和MOSFET集成在一起的bridge系列包含了BTNxxx/IFX007, TLE94xyz, TLE9201 H 橋等；在driver基礎上，將LDO和transceiver集成在一起，成為SBC，例如TLE956x系列；進(jìn)一步集成MCU部分，就形成了MCU系列。
MCU篇
英飛凌的Traveo? II系列MCU全系內置了電機驅動(dòng)信號產(chǎn)生模塊，以及3個(gè)單元的12-bit的高速SAR ADC模塊，采樣速率可以達到1Mbps，并且可以用Trigger-Multiplexer配合電機的控制信號觸發(fā)ADC在TCPWM的指定位置進(jìn)行采樣。這種方法可以支持對電機的相電流進(jìn)行同步采樣，非常方便實(shí)現FOC控制算法。在Traveo? II系列的產(chǎn)品中，最少的可以支持12通道的TCPWM（for Motor control），最多可以支持到15通道，加上相同數量的互補輸出的通道，可以同時(shí)支持4~5個(gè)BLDC電機的控制驅動(dòng)，而且Traveo? II帶有豐富的通用TCPWM 輸出端口（以CYT2B78為例，含有12ch TCPWM（16-bit）（Motor Control, 63ch TCPMW（16-bit）, 4ch TCPMW（32-bit）），可以支持多路DC電機或者步進(jìn)電機的控制，非常適合熱管理系統中的多電機控制應用。
另外，Traveo? II 也包含非常豐富的外設，以評估板MULTI MOTOR EVALKIT中使用的CYT2B78CADQ0AZE為例，包括6通道的CAN/CAN-FD控制器，7通道的LIN總線(xiàn)控制器，1088KB的Code-flash和96KB的Work-flash以及128KB的SRAM, 采用的是Cortex-M4內核，主頻高達160MHz，而且帶有32-bit的單精度FPU，滿(mǎn)足多電機控制系統對CPU性能的要求。
Traveo? II全系列滿(mǎn)足ASIL-B的功能安全要求，并且包含eSHE/HSM的硬件信息加密模塊，支持常用的AES（128-bit blocks, 128/192/256-bit keys）, 3DES（64-bit blocks, 64-bit key）, RSA, ECC, SHA-1/2/3, CRC, TRNG, PRNG, GCM等加密算法，滿(mǎn)足安全啟動(dòng)以及信息安全應用的需要。而且Traveo? II的Code Flash支持雙分區和讀改寫(xiě)(Read-while-write)操作的特點(diǎn)，支持固件的OTA更新，可以很方便的實(shí)現無(wú)感升級以及固件回滾應用。
MOTIX? SBC篇
LDO用于給MCU和外部傳感器供電；charge pump + gate driver用于驅動(dòng)MOSFET，進(jìn)而驅動(dòng)電機；CSA是current sense amplifier，運算放大器，用于放大采樣電阻上的電壓，然后輸送給MCU的ADC進(jìn)行轉換。除此之外，隨著(zhù)汽車(chē)智能化和電氣化的發(fā)展，控制器越來(lái)越多，CAN的特殊幀喚醒成為越來(lái)越多汽車(chē)廠(chǎng)家的選擇?；谶@些需求和英飛凌先進(jìn)的設計和制造技術(shù)，我們推出了TLE956x系列產(chǎn)品，集成上述提到的這些模塊。除此之外，gate driver采用了可控電流驅動(dòng)，具備自適應驅動(dòng)功能，可以在保證EMC性能的前提下，有效降低開(kāi)關(guān)損耗，詳細的功能說(shuō)明可以參考英飛凌官網(wǎng)的產(chǎn)品手冊。TLE956x系列也集成了豐富的故障診斷和保護功能，包括基于Vds壓差的MOSFET短路保護，開(kāi)路檢測，供電電壓的過(guò)壓欠壓保護，基于電流采樣的過(guò)流保護，過(guò)溫保護等。因為芯片功能豐富而且強大，需要通過(guò)寄存器進(jìn)行配置，該操作是通過(guò)SPI通信，考慮到數據完整性，我們提供了CRC功能對SPI數據進(jìn)行校驗。除此之外，還設計了窗式看門(mén)狗，確保芯片邏輯部分的正常工作。對于驅動(dòng)三相BLDC電機，推薦TLE9563，當然客戶(hù)可以根據自己的需求，選擇該系列的合適型號。
MOTIX? Driver篇
上文提到的TLE9563集成了驅動(dòng)一個(gè)三相BLDC的gate driver，但熱管理系統往往由多個(gè)BLDC電機。那么針對其他的BLDC電機，我們只需要一套gate driver再加一個(gè)運放。為此，英飛凌推出了TLE9185三相BLDC電機驅動(dòng)芯片。相比TLE9563，它只集成了gate driver, CSA和LDO，相應的故障診斷和保護功能類(lèi)似，具備復用性，可以降低用戶(hù)的開(kāi)發(fā)難度。
MOTIX? Bridge篇
英飛凌的MOTIX? Bridge家族主要產(chǎn)品如下圖所示，我們根據電流大小進(jìn)行了分類(lèi)。熱管理系統的多通閥和膨脹閥的功率比較小，所以我們推薦集成度更高的TLE94xyz系列，它集成了多路半橋。用戶(hù)可以根據通道需求數量，選擇合適的型號。
TLE94xyz系列不僅通道數量多，而且集成了很豐富的故障診斷和保護功能，包括過(guò)壓/欠壓，過(guò)溫，過(guò)流保護等，其內部結構如下圖所示。
Sensor篇
考慮到成本需求，熱管理系統中的水泵往往采用無(wú)傳感器控制，但位置控制的多通閥和膨脹閥往往需要傳感器。英飛凌電機位置傳感器主要包括霍爾開(kāi)關(guān)和磁阻角度傳感器。
霍爾開(kāi)關(guān)的產(chǎn)品系列中，我們既為電池供電的設計提供了過(guò)壓能力高達42V，支持32V供電的TLE4961/TLE4968系列；也為EMC工況較好的設計提供了高性?xún)r(jià)比5V供電的TLE4963系列。用戶(hù)可以根據實(shí)際系統設計和磁場(chǎng)需求選擇合適的型號。
英飛凌還提供了各種基于磁阻效應的角度傳感器， GMR, AMR, TMR各種原理的磁阻傳感器均為內部生產(chǎn)。我們既提供了計算完角度直接輸出數字量信號的傳感器TLE5012/TLE5014，也提供了sin/cos輸出的模擬量輸出的TLE5x09/TLE5501?？蛻?hù)可以根據實(shí)際需求選擇合適的產(chǎn)品。
方案二: TRAVEO? T2G + Embedded Power + Bridge
方案一采用一顆中央MCU管理和控制其他driver和bridge，在后期軟件升級和控制的實(shí)時(shí)性上有很好的優(yōu)勢，但是后期擴展會(huì )稍微麻煩。為此，我們提出第二種熱管理系統低壓執行器驅動(dòng)方案，如下圖所示。其中每個(gè)BLDC水泵由一個(gè)TLE987x控制，控制軟件直接運行在TLE987x芯片中，且軟件可以復用，所以如果后期需要增加水泵數量只需要復用一份TLE987x驅動(dòng)硬件即可。
MOTIX? MCU篇
MOTIX? MCU系列屬于SoC (System on Chip) 級產(chǎn)品，集成了MCU，LDO，gate driver，電流采樣和LIN收發(fā)器等模塊。如下圖所示，TLE984x是針對車(chē)窗，天窗應用的繼電器方案；TLE985x集成了H橋gate driver，可以驅動(dòng)直流有刷或者單相無(wú)刷電機；TLE987x集成了三相半橋，可以驅動(dòng)BLDC電機，主要針對泵和風(fēng)扇類(lèi)應用。
針對熱管理系統中的水泵驅動(dòng)，我們推薦TLE987x，其內部框圖如下圖所示，采用CM3內核，主頻高達40MHz，Flash高達256K。詳細的信息和文檔，可以在英飛凌官網(wǎng)搜索TLE987x或者直接訪(fǎng)問(wèn)：www.infineon.com/tle987x
小結
MOTIX?是專(zhuān)門(mén)針對低壓電機驅動(dòng)的芯片品牌，包含MCU，SBC，Driver和Bridge四種類(lèi)型的芯片。除此之外，英飛凌還有豐富的高性能MCU家族和Sensor家族?；谌绱素S富的產(chǎn)品，英飛凌可以根據客戶(hù)需求，提供系統級的定制化驅動(dòng)方案。
多電機評估板
寫(xiě)在最后，想要快速上手這個(gè)熱管理系統控制方案或者多電機控制方案嗎？那就抓緊申請英飛凌的多電機控制評估板吧，如下圖所示。在英飛凌官網(wǎng)搜索MULTI MOTOR EVALKIT即可找到該評估板主頁(yè)，該網(wǎng)站上有評估板的詳細資料和相應的軟件。評估板如下圖所示。
該控制板核心MCU是CYT2B78CADQ0AZE，驅動(dòng)器件有TLE9563, TLE9185, TLE92104, TLE94112和BTN9970，它可以驅動(dòng)2個(gè)BLDC，并為用戶(hù)提供18路半橋。用戶(hù)可以靈活搭配半橋驅動(dòng)BDC電機。其系統拓撲圖如下圖所示。
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