－適用于3相直流無刷電機的低速無感控制技術(shù)－

東芝電子元件及存儲裝置株式會社（“東芝”）宣布，推出集成了微控制器（MCU）與電機驅(qū)動電路的新一代“SmartMCD?”[1]系列新產(chǎn)品——“TB9M030FG”。該新產(chǎn)品內(nèi)置了適用于3相直流無刷電機低速運行的無感控制技術(shù)，現(xiàn)已開始提供工程樣品。TB9M030FG適用于電動水泵、電動油泵、電動風扇以及電動鼓風機等汽車應(yīng)用中3相直流無刷電機的無感控制。

隨著水泵、油泵和風扇等汽車系統(tǒng)的電氣化進程不斷推進，汽車制造商對更加小型化、更高效率以及更低噪音的電機需求日益增長。與此同時，隨著車輛中電子控制單元（ECU）[2]數(shù)量的增加，減少元件數(shù)量和縮小電路板空間變得愈發(fā)重要，這也推動了對集成了MCU和電機控制柵極驅(qū)動電路的高集成度器件的需求。

在3相直流無刷電機的無感控制中，低速運行時精確檢測轉(zhuǎn)子位置是一大技術(shù)挑戰(zhàn)，因此市場對高性能無感磁場定向控制（FOC）[3]技術(shù)的需求十分強烈，該技術(shù)能夠從零速[4]開始實現(xiàn)穩(wěn)定的控制。因此市場對能夠從零速開始實現(xiàn)穩(wěn)定控制的高性能無感磁場定向控制（FOC）技術(shù)的需求十分強烈。

TB9M030FG集成了基于Arm?Cortex??M0內(nèi)核的MCU、閃存、用于控制和驅(qū)動N溝道功率MOSFET的柵極驅(qū)動電路（用于3相直流無刷電機運行）、本地互連網(wǎng)絡(luò)（LIN)[5]收發(fā)器，以及可在汽車電池電壓下工作的電源系統(tǒng)——以上全部封裝在9mm×9mm（典型值）的小型QFP48封裝中。通過高度集成，該產(chǎn)品有助于ECU的小型化并減少外圍元件數(shù)量。

該新款MCD還內(nèi)置了東芝自主研發(fā)的矢量運算引擎硬件，可在降低FOC電機控制應(yīng)用中的CPU負載并縮小軟件程序大小。東芝所開發(fā)的低速無感控制技術(shù)，在與凸極電機[6]配合使用時，可實現(xiàn)從零速到低速的位置無感FOC控制。該技術(shù)無需采用傳統(tǒng)的高頻注入方式[7]，從而避免了由諧波注入所產(chǎn)生的噪音，實現(xiàn)更加安靜的電機運行。

TB9M030FG符合汽車電子認證標準AEC-Q100[8]（0級）。

TB9M030FG的特性有助于汽車系統(tǒng)的小型化和減少元件數(shù)量，同時實現(xiàn)更先進、更精密的電機控制，使其適用于廣泛的車載電機應(yīng)用。

今后，東芝將繼續(xù)擴展SmartMCD?系列產(chǎn)品線，集成汽車系統(tǒng)所需的各類功能，為汽車系統(tǒng)的小型化和高集成化做出貢獻。

應(yīng)用：

汽車設(shè)備

• 電動水泵
• 電動油泵
• 電動風扇
• 電動鼓風機等

特性：

• 適用于3相直流無刷電機的無感控制柵極驅(qū)動IC（內(nèi)置電荷泵電路）
• 32位MCU（Arm?Cortex??M0），最高工作頻率40MHz（內(nèi)置低速與高速振蕩器）
• 內(nèi)置帶ECC功能的存儲器[9]：

代碼閃存：64KB；ROM：12KB；RAM：4KB

• 內(nèi)置用于FOC控制的矢量引擎（VE）及可編程電機驅(qū)動電路（PMD）[10]
• 內(nèi)置單分流電阻電流檢測放大器[11]，12位A/D轉(zhuǎn)換器和10位A/D轉(zhuǎn)換器
• 與凸極電機配合時，可在從零速至低速區(qū)域?qū)崿F(xiàn)位置無感FOC控制

主要規(guī)格：

注：

[1]SmartMCD：東芝電子元件及存儲裝置株式會社開發(fā)的汽車電機控制驅(qū)動電路（MCD）系列產(chǎn)品，將電機驅(qū)動電路與MCU集成于單一器件中。

[2]電子控制單元（ECU）：安裝在汽車系統(tǒng)中的電子控制單元的統(tǒng)稱。

[3]磁場定向控制（FOC）：一種典型的矢量控制方法，通過在電機旋轉(zhuǎn)坐標系（dq坐標系）中，將磁通分量（d軸）與轉(zhuǎn)矩分量（q軸）作為正交分量進行獨立控制。

[4]零速：電機通電并進行主動控制，但轉(zhuǎn)速為零的狀態(tài)。

[5]本地互連網(wǎng)絡(luò)（LIN）：主要用于汽車電子控制單元（ECU）之間通信的串行通信協(xié)議之一。

[6]凸極電機：一種3相直流無刷電機，其轉(zhuǎn)子具有磁各向異性，導致d軸和q軸電感不同（Ld≠Lq），并可因電機內(nèi)部磁阻差異而產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩。

[7]高頻注入法：一種無感控制方法，通過將高頻電壓（或電流）信號注入到驅(qū)動電機的基波上，以檢測轉(zhuǎn)子位置。

[8]AEC-Q100：由汽車電子委員會（AEC）制定的汽車電子元器件可靠性與質(zhì)量標準，主要適用于集成電路（IC）。

[9]內(nèi)置糾錯碼（ECC）功能支持1位糾錯（SEC）和2位錯誤檢測（DED）。

[10]可編程電機驅(qū)動電路：一種電機控制硬件模塊，可生成脈沖寬度調(diào)制（PWM）、控制電流導通并檢測硬件故障，從而降低電機控制所需的處理負荷。

[11]單分流電阻電流檢測放大器：利用電流檢測分流電阻和電流檢測放大器間接估算電機電流。

[12]編碼器輸入電路（ENC）：用于接收編碼器信號，以檢測電機的運行狀態(tài)，包括位置、轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)方向。

[13]PWM通信：一種通過PWM信號的占空比（脈沖寬度）作為主要信息，用于模塊間通信的方法。