汽車發動機AGS無感BLDC控制方案

AGS具有幫助汽車發動機儲存熱量、降低空氣阻力、保護汽車冷卻模塊等作用，是汽車實現節能減排的重部件。當前國內汽車市場節能減排的趨勢不斷加深，AGS市場滲透率將持續提升。隨著汽車工業的發展和技術的不斷進步，AGS也在不斷升級和改進。未來的AGS將會更加智能化和自動化，能夠更加準確地感知車輛的運行狀態和環境信息，從而更加精準地調節進氣量，提高發動機的工作效率。 ?

主動進氣格柵（AGS）

2.1 工作原理
主動進氣格柵是由進氣口、電機、傳動機構和控制系統組成的，通過控制電機正反轉帶動百葉片轉動實現主動進氣格柵的開合度的調節。

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圖?1?AGS外形圖 2.2 功能作用
主動進氣格柵是車輛熱管理系統的一部分，當車輛冷啟動時，進氣格柵會完全閉合，機艙內的熱量不易散失，縮短發動機預熱時間，加快發動機進入最佳工作狀態；當車輛溫度過高時，進氣格柵又會主動打開，以增加進氣量，保證發動機的散熱和工作效率。當車輛行駛速度非常高時，適當地關閉進氣格柵可以降低車輛的風阻，從而提高發動機的燃油效率。

高集成度電機控制芯片——NSUC1610

NSUC1610是一種集成驅動和4路半橋的微控制器，主要用于控制小功率直流電機，可支持驅動直流有刷電機、直流無刷電機、步進電機等。該芯片采用先進的高溫高壓工藝，結溫最高可支持到175°C，電壓耐壓最高可到40V，具有過壓保護功能，LIN端口能夠支持-40V~40V耐壓。芯片采用的是ARM Cortex-M3內核，使用獨立數據總線和地址總線，能夠提高取指令和取數據的效率。

3.1?芯片特點
??64KBytes Flash, 4KBytes SRAM, 512 Bytes EEPROM；
??32MHz高精度振蕩器，35KHz低功耗低速時鐘；
??工作電壓5.5V~18V ,可承受40V短時間過壓；
??1個12bit高精度1MSPS ADC；
??2個8bit DAC；
??3個快速反電勢比較器BEMFC；
??支持3線4線SPI通信；
??1個LINUART模塊，集成 LIN PHY，支持LIN2.X通信；
??3個16bit輸入捕獲模塊；
??2個16bit定時器；
??1個窗口看門狗和1個數字看門狗；
??4路半橋輸出，4路增強型互補EPWM輸出，內部有過流保護，可輸出100%占空比；
??每路MOUT輸出電流可達1A，1個軟件可控制的高邊驅動；
??1個5V輸出的LDO和1個1.8V輸出的LDO；
??1個溫度傳感器，內部集成過溫關斷功能，可以保護橋臂，防止出現過溫；
??QFN32封裝，僅5x5mm，符合AEC - Q100?。

圖?2?NSUC1610內部框圖

3.2 AGS無感BLDC控制方案

使用NSUC1610做主動進氣格柵無感BLDC的方案如圖3所示，高度集成的電機驅動方案不再需要復雜的外圍電路，使用四路半橋的其中三路即可支持一個BLDC電機，可通過LIN信號控制電機的運動。

圖3 無感BLDC控制方案

對于電機旋轉過程中反電動勢過零點的檢測，NSUC16x0內部集成了BEMFC模塊，內部包含三個比較器，分別用于比較三相線與虛擬中性點電壓的大小關系。同時，BEMFC的比較器包含了消隱、濾波以及EPWM同步功能來保障檢測過零點的無誤性。最終將BEMFC的比較結果傳遞給CAPCOM模塊，確定換相點以及消磁的時刻。整個硬件關系如圖4所示。

圖4 硬件配置

3.3 方案優勢

??高集成控制器，體積僅5x5mm
封裝小巧，內部集成4路半橋、LIN收發器等，僅需電源防反接等少量外圍電路設計，減少PCB設計成本、難度、空間。采用QFN32封裝，體積僅5x5mm，非常適用于有體積要求的電機控制應用。 ??支持100%占空比導通
集成半橋的高邊MOS采用電荷泵驅動，可支持100%占空比導通。 ??LIN總線接口
集成LIN總線接口，可用作空閑和睡眠模式的喚醒源，并支持LIN物理層對多個源（如LIN-UART、PWMIO、定時器0和LIN_DI/LIN_DO）的I/O進行多路復用，便于與上層控制器進行通信。 ??過流保護功能
所有MOUT端口都具有其高側和低側的過流檢測。如果在高側或低側開關上檢測到過流情況，則通過相應的響應診斷信號（bridge_oc[x], [x=0~3]）將其發送給EPWM模塊進行評估，根據相應的設置關閉所有MOUT端口或僅關閉受影響的MOUT端口。產生過流后，需要應用程序SW清除過流寄存器PWM_OC中相應標志時，MOUT端口才能再次打開。 ??雙路溫度傳感器
芯片集成2個溫度傳感器，一個連接至ADC模塊，可以進行溫度采樣，一個是用于監控芯片溫度判斷是否要進入熱關斷模式。如果結溫超過熱停機溫度（TJ > TTSD），設備進入TSD模式，除熱關機邏輯外，所有模塊都關閉，保護設備不被熱損壞。當結溫低于熱停機返回溫度（TJ < TTSDR），自動退出TSD模式。 ??無感/有感BLDC驅動
集成電阻網路以及三路反電動勢比較器（BEMFC），可支持無感BLDC驅動；也可以配置其中3個GPIO為上拉輸入模式，作為三相HALL的信號輸入，從而實現有感BLDC驅動。

目前AGS主要應用于傳統燃油車上，是進氣和散熱的關鍵部件。同時，AGS還能起到為新能源汽車發動機提供混合氣、為其發動機艙進行冷卻、改善其機艙內渦輪等作用。使用NSUC1610做AGS的無感BLDC控制，有助于客戶減少PCB尺寸，實現更高效、更緊湊以及高性價比的電機控制應用設計。立功科技可提供芯片外設模塊例程、無感BLDC驅動的應用例程和相關軟硬件設計參考，降低開發難度和成本，協助廠商實現快速開發。

審核編輯：黃飛