燃油泵是汽车内非常重要的一个部件,目前绝大部分的电动燃油泵都是采用直流有刷电机来控制的,但基于无刷直流电机的电动燃油泵越来越受欢迎,特别是在高端品牌汽车。本方案可以满足这个开发需求。


一、S12ZVM-EFP 方案介绍 

 

 

本方案以 S12ZVML128 为主控,S12ZVM 系列产品是 NXP 推出的汽车级电机控制单芯片集成方案,其将微处理器、电源、驱动及各种模拟外设集成在一起,最大化节省 PCB 尺寸,集成度非常高,稳定可靠,既有单电阻方案、也有双电阻方案,是 EFP(电动燃油泵)、冷却风扇、暖通风机等 PMSM/BLDC 电机应用的绝佳选择。本方案主要特点如下:


1)支持 12V 电源输入,支持功率高达 250W 电机控制系统;


2)支持 FOC 控制,包括双电阻采样和单电阻采样;


3)可稳定快速启动,从静止到额定速度满足严格的启动时间<150ms;


4)电流闭环 I/F 启动和初始位置检测算法以保证成功启动;


5)燃油泵系统通过了电源电压突变、负载突变、速度指令跳变和温升试验,可靠性高;


6)支持多种诊断和保护,包括 UV(欠压)、OV(过压)、OT(过温)、OC(过流)、短路、失速检测等;


7)支持 LIN/PWM 的控制转速;

 

 

上图是本方案的 demo 板,本方案是为燃油泵量身打造,其中包含四大亮点,可以让客户快速完成开发验证!


二、重要亮点详细介绍
1. 亮点 1:集成度高

 

 

本方案集成度较高,主要原因是 S12ZVM 系列产品集成度较高,上图是 S12ZVM 芯片资源框图,将 16bit S12Z 内核与高电压模拟组件集成在一颗芯片上,包括一个电源稳压器 LDO、电荷泵、高低边驱动、运放和 LIN 的物理层等。MCU 主频最高可到 100MHz、总线速率最高可达 50MHz,耐压高达 40V,用户能够将高电压信号和电源直接连接到 MCU 上。Flash 容量从 16KB 到 256KB,整个 EEPROM、Flash、RAM 都有带 ECC 校验和保护,可以做到功能安全 ISO26262,环境温度可达 150℃(Grade 0),结温可达 175℃。
基于 S12ZVM 的特性,可以将 PCB 控制在较小的尺寸内!


2. 亮点 2:保护机制充足
失速检测

拥有专利 US20170126153A1 来检测失速情况,该专利采用 BEMF 一致性检测方法来检测,主要原理是检查两个 BEMF 的一致性。如果观测器输出 Eq 与电机转速不成线性关系,说明观测器工作不正常,表明电机处于失速状态。


OC, OV, UV, OT 保护

  • 过流保护,有两种检测方法,一种是使用 GDU 的比较器生成 OC 事件;另一种方法是通过软件检查;

 

  • 电压检测,如果电源超出正常范围,GDU 会产生 OV 和 UV 事件;

 

  • 过温检测,芯片内部有温度传感器可对 S12ZVM 进行温度采样。它可以有效监控 ECU 的温度,当温度过高时触发 OT 事件。


3. 亮点 3:启动方式快速、可靠
电流闭环的 I-F 启动(一种过渡到 q 轴的 d 轴启动方法)和初始位置检测(IPD)算法确保启动的稳定性。


经测试,S12ZVM-EFP demo 启动高达 8000 rpm,时间为 107.6 ms,满足燃油泵的核心难点需求!


4. 亮点 4:软件编写方式灵活、简单

 

 

软件框架如上图所示,最底层是硬件驱动层,其次是 LLD 和中间件,其中包括关键的电机控制外围驱动,如 CPMU、ADC、GDU、PMF 和 PTU。最上层是应用软件,包括用户 APP、通信栈(LIN 和 PWM)和电机控制。用户可以在应用程序层中添加自己的代码,通过使用电机控制 API 来驱动油泵或其他 BLDC/PMSM。