嵌入式電機驅動SoC的BLDC主動進氣格柵系統方案解析

本期內容將基于嵌入式電機驅動SoC NSUC1610的無刷直流電機（BLDC）主動進氣格柵系統(AGS)方案向大家分享，并進行AGS demo動態演示，以展示NSUC1610在AGS應用中的自學習模式、往復擺動模式、速度控制和位置控制等功能。

新能源汽車熱管理系統是汽車中的一個關鍵系統，主要負責汽車的熱量管理和散熱控制。在新能源車熱管理系統中，往往需要使用至少兩個水泵和三個閥門，同時，這些應用場景對體積要求非常嚴苛，因此，納芯微推出了專用小型電機驅動芯片，內部集成車載高壓LDO、LIN PHY、Gate Driver、MOSFET以及MCU的完整解決方案，可以幫助客戶實現安全可靠的車載電機控制。

AGS應用及技術要求

在傳統燃油汽車中，主動進氣格柵系統（AGS）的主要作用是降低碳排放和提高燃油效率。調節AGS風門可以使氣流按照所需的方式輸送，從而提升車輛的空氣動力學特性。

AGS應用的核心是BLDC的無感控制及位置控制。BLDC利用電子換向取代有刷直流電機的機械換向，因此具有使用壽命長、效率高、功率密度高等特點。

在冷啟動階段，關閉風門可以加速引擎預熱。除了燃油車及混合動力車，在純電車中，AGS也可以為整車熱管理系統提供充分的靈活性。所以，AGS應用不僅適合傳統燃油汽車，也適用于新能源汽車。

AGS的作用

在設計方面，目前大部分AGS都是使用BLDC電機，采用六步方波無感控制方式。通常，電機供電為9～16V，正常工作電流在200mA左右，堵轉電流在700mA左右；通信一般采用LIN；最大力矩大約在2n·m，位置控制精度在±1°即可；工作溫度范圍通常為-40～105℃；EMC要求為Class4或5，并支持用于冬季破冰的Burst（突發）模式，且最好能夠支持UDS Bootloader的OTA。

AGS應用的主要指標

基于NSUC1610的AGS方案提升汽車能效與靈活性

納芯微NSUC1610是一款集成LIN總線物理層和小功率MOSFET陣列的單芯片車用小電機驅動系統級芯片（SoC）。該芯片支持12V汽車電池供電，能承受40V短時過壓，可用來直接控制小型有刷直流電機（BDC）、BLDC和步進電機。使用NSUC1610有助于客戶減小PCB尺寸，簡化生產設計流程，實現高效、緊湊且高性價比的電機控制應用設計。

NSUC1610的優勢包括高集成度、易于開發調試、支持高電壓供電、集成功率級MOSFET和可配置DAC等。DAC用來配置比較器閾值，用于過流保護和步進電機的微步控制。

為了匹配AGS應用，NSUC1610采用ARM Cortex-M3內核處理器，主頻為32MHz，64KB Flash非常適合OTA；開發環境采用KEIL的IDE；開發工具支持通用的JLINK和DAP-LINK，開發調試簡單。該器件有4個半橋，內置MOSFET（驅動電流達1.4A）和電源、LIN PHY，以及門級驅動和上管驅動所需的電荷泵電源；器件采用QFN32 5×5封裝。

NSUC1610功能框圖

作為一款汽車芯片，NSUC1610具備非常好的安全性，Flash和EEPROM都有ECC功能；同時具備兩個看門狗，一個是獨立看門狗，另一個是窗口看門狗。另外，芯片還具有非常豐富的保護功能，包括硬件過熱保護、過壓和欠壓保護。每個MOSFET也都有1.8A的硬件過流保護。NSUC1610的雙路溫度傳感器一個位于功率側做過溫熱關斷，另一個位于低壓側做芯片溫度檢測。此外，NSUC1610支持高壓（12V）的PWMIO，便于客戶使用高壓PWMIO直接控制外面的ECU。

總之，NSUC1610是按照AEC-Q100 Grade 0要求設計的產品，晶圓結溫高達175℃；器件結構緊湊，外圍電路非常簡潔，非常適合AGS應用。除了AGS，NSUC1610也適合BDC和步進電機，且支持車用小型FOC（磁場定向控制）電機應用。

NSUC1610 AGS解決方案

從基于無感BLDC的系統框圖可以看出，除了NSUC1610以外，其他都是一些阻容元件，電路非常簡潔?；贜SUC1610的AGS方案采用的是無感六步方波，由于過流點為1.8A，因此可以很好地支持Burst破冰模式。

該方案還支持高速運行，在600傳動比下的轉速高達5RPM；豐富的保護功能可確保器件在嚴苛的電磁環境下可靠運行；采用的算法支持快速可靠啟動，同時具備角度自學習功能，并支持往復擺動運動模式、LIN通信及LIN UDS bootloader，還支持通過修改MOSFET壓擺率及LIN PHY壓擺率來優化EMC性能。

無傳感器BLDC簡圖

納芯微AGS方案基于自研的NovoStart和堵轉檢測技術，解決了AGS應用的兩個難點問題：可靠的啟動和可信賴的堵轉檢測。

在啟動部分，該方案采用NovoStart方法，利用內部BEMFC（反電動勢）比較器和創新的啟動節拍，可以實現不同負載下的可靠啟動。在堵轉檢測部分，該方案采用換向周期合理性檢查及電流積分方法，可以非?？煽壳壹皶r地識別出堵轉故障。這兩個特點對于AGS應用非常重要。

AGS應用的難點和解決方案

除了AGS應用，這款高集成度產品還可以用來設計車用小尺寸、小功率、高效率電機智能執行器應用，例如熱管理系統中的電子水閥、空調電子出風口、座椅通風BLDC驅動、隨燈轉向大燈（AFS）、旋轉/升降大屏控制、自動充電口和自動門把手等等。

用極簡電路獲得全面保護

納芯微集成LIN和MOSFET功率級的單芯片車用小電機驅動SoC NSUC1610以極簡的外圍電路和極小的尺寸，為AGS應用提供了全面的保護，同時有助于提升汽車能效與設計靈活性。

此外，器件采用32MHz主頻、Cortex-M3內核，加上帶ECC的64K Flash，非常適合OTA應用。創新的NovoStart啟動方法和可靠的堵轉檢測策略，掃清了AGS應用中的兩大難點。因此，NSUC1610是AGS應用的理想選擇。

審核編輯：劉清