英飞凌Embedded Power器件将ARM处理器与桥式驱动器合并到了一颗芯片上

admin

针对许多不同汽车应用纷纷实现智能电机控制的趋势，英飞凌科技发布了具有很高集成度的Embedded Power家族桥式驱动器。新的Embedded Power器件在一颗芯片上集成了基于ARM Cortex-M3处理器的高性能单片机，以及非易失性存储器、模拟和混合信号外设、通信接口和MOSFET栅极驱动器等。Embedded Power IC经专门设计，有助于为各式各样要求小型（SFF）封装和最少数量外接元件的电机控制应用，实现机电一体化电机控制解决方案。((图1))
           

       

         
        汽车电机发展趋势
          现代汽车中集成的电子控制电机数量与日俱增。2012年，商业情报和软件分析企业IHS公司的市场分析师计算，汽车中使用的电子控制电机数量已达到23亿台。他们预计，到2017年，这个数字将增至29亿，相当于平均复合年增长率（CAGR）达到5.7%。也就是说，平均每辆汽车中有大约30台电子控制电机。目前，其中约68%的电机是直流有刷电机，15%是直流无刷电机，且直流无刷电机的数量将大幅增长。
         
        电子控制电机取代机械电机
          汽车中的电动电机数量快速增长，是因为电子控制电机正逐步取代传统的机械电机，以实现有助于提高能效、降低二氧化碳排放的创新汽车架构。在混合动力汽车和电动汽车中实现起停功能，便是一个典型例子。这些架构主要基于分布式、机电一体化电机控制解决方案。汽车制造商和设备制造商需要稳定而又灵活的智能电机驱动IC，以便其优化最终产品的尺寸和性能。不久前英飞凌发布的Embedded Power IC是完备的片上系统（SoC）解决方案，可助力实现外形小巧、经济划算的机电一体化电机控制设计。
           
          在适应小型分布式负载的过程中，以能效为驱动的汽车发展趋势逐渐清晰。譬如，HVAC鼓风机、发动机散热风扇、水泵和油泵、电动车窗、前后雨刮器等等，不胜枚举。“分布式电机智能控制”可实现创新汽车设计，带来诸多优点，如，最大限度地减少布线、减轻重量、减少占用空间、开销更低且选项更简单的平台解决方案、分布式计算能力、更出色的诊断性能、均衡的功率耗散、更杰出的EMC性能、旨在优化性价比的专用功能，以及标准化低成本物理层和协议处理程序等。要实现“分布式电机智能控制”，创新IC驱动器概念是关键。 ((图2))
           

       

         

          英飞凌全新电机控制IC是外形小巧、一应俱全的芯片解决方案，它包含了用于感测、控制和启动诸如高端天窗、电动车窗、泵（燃油、机油和水）、HVAC鼓风机、风扇等等设备常用的电动电机所需的全部必要功能，同时降低了系统成本。
         
        符合汽车行业质量要求的前沿技术
          英飞凌新推出的高集成度Embedded Power家族，结合了其符合汽车行业质量要求的专有130nm Smart Power生产工艺，与其在电机控制驱动器领域的广博经验。得益于块状硅基130nm双极型CMOS-DMOS（BCD）工艺，它在一颗芯片上高效集成了逻辑电路、模拟电路、存储器和功率级电路。相比于过去那种需要独立式单片机、桥式驱动器和LIN（局域互联网络）收发器的多芯片设计，现在，具备最少外接元件数量的电机控制设计，将令汽车系统供应商获益匪浅。最新发布的Embedded Power产品将元件数量从当前的约150多颗，减少到了不足30颗，从而允许在仅3平方厘米的电路板空间内，集成实现电机控制所需的全部功能和有关外接元件。所以，它们有助于集成与电机关系密切的电子元件，实现真正的机电一体化设计。((图3))
           

       

           
          智能电机控制应用要求各式各样的、以能效、系统成本和舒适性需求等为驱动的尖端电机控制机制。从基于传感器的块交换，到高端无传感器磁场定向控制（FOC），必须支持不同电机控制算法。新近取得质量认证的汽车用Embedded Power家族设计，通过采用ARM Cortex M3处理器，解决了智能电机控制面临的这些挑战。这些新器件拥有32位处理器性能，而占板空间仅与16位处理器相当。通过促进将强大的单片机和MOSFET栅极驱动器，与所有必要的感测、控制和启动等功能相结合的片上系统方法，可灵活扩展的Embedded Power家族能帮助汽车系统供应商降低系统成本、提高可靠性、降低系统级复杂度。((图4))
           

       

         
        TLE987x和TLE986x桥式驱动器的关键特性
          TLE987x和TLE986x均采用了ARM Cortex M3处理器。其外设集包含：电流传感器、与捕获和比较单元（CAPCOM6）同步、可实现脉宽调制（PWM）控制的逐次逼近型10位ADC，以及16位定时器。此外，集成了一个业经认证的LIN收发器，以便与器件及众多通用I/O通信。支持通过LIN收发器，进行快速编程。这两个系列产品均具备片上线性稳压器，可为外接负载供电。它们的闪存容量从36kB到128kB不等。工作电压输入范围为5.4V至28V。集成式电荷泵可实现低压运行和可编程电流，以及已获得专利的电流斜率控制，可为各种类型的MOSFET提供优化EMC性能，而这仅需使用两个外接电容器。这样一来，比之常见自举升压技术，大大节省了物料成本。TLE987x和TLE986x都能承受最高40V的负载突降，同时维持低至3.0V的扩展电源电压范围，在此条件下，单片机和闪存仍可保持完全正常功能。
           
          新的Embedded Power IC的其他特性包括：4K模拟EEPROM、用于诊断功能的8位ADC、SPI、UART、用于为三相电机控制生成PWM信号的定时器 、片上晶振和PLL等。所有器件均具备高级保护和诊断功能，如可调漏-源监测。
           
          PG-VQFN封装的尺寸仅为7毫米x7毫米，这节省了电路板空间，缩小了电机尺寸，减轻了电机重量。此外，单裸晶解决方案增强了模块可靠性。
         
        专为三相和两相电机控制而优化
          TLE987x系列桥式驱动器适用于三相（BLDC）电机设备，如燃油泵、HVAC鼓风机、发动机散热风扇、水泵、高能效泵和风扇，以及由LIN操纵或通过PWM控制的无传感器和基于传感器的（包括磁场定向控制）BLDC电机设备。TLE987x系列包含6颗全面集成的NFET驱动器，它们经专门优化，可通过6颗外接功率NFET来驱动三相电机。
           
          TLE986x系列专为驱动两相直流电机而优化，它集成了4颗NFET驱动器。通过NFET半桥，TLE986x系列可满足诸如天窗、电动车窗和普通智能电机控制等应用的需求。
           
          这两个系列产品均提供了可灵活扩展的闪存容量和MCU系统时钟频率，可支持各式各样的电机控制算法。TLE987x和TLE986x使用了相同的MCU和外设，可在DC和BLDC电机控制应用之间实现设计协力效应。全新Embedded Power IC系列的所有器件均实现了引脚兼容和软件兼容。有了这个新的可灵活扩展的Embedded Power家族，从低端继电器电机控制，到高端MOSFET电机控制，可以高效而又经济划算地生产出各种电机控制设备。
         
        二次设计支持
          英飞凌和第三方厂商为基于ARM Cortex -M3的Embedded Power家族桥式驱动器提供了全套开发工具支持。包括编译器、调试器、评估板、LIN底层驱动配置工具，以及电机控制的软件代码范例。
           
          TLE987x（三相）和TLE976x（两相）两个产品系列均提供入门工具包。包括软件工具和硬件接口：NFET电机驱动器、额外的外接LIN收发器、RS232接口、调试LED、J-link Lite调试器，等等，允许工程师立即着手利用新的Embedded Power IC，进行设计。
         
        结语
          这个面向电机控制的新的符合汽车行业质量要求的SoC解决方案，在一颗芯片上集成了ARM Cortex M3 MCU、可灵活扩展的闪存、模拟和混合信号外设、通信接口和NFET栅极驱动器。这些高度集成的解决方案是适用于DC和BLDC应用的通用平台，可支持各种类型的电机和电机控制技术，能帮助汽车系统供应商削减研发成本。这些仅拇指盖大小的SoC解决方案顺应了当前朝智能DC和BLDC电机控制转变的趋势，可满足汽车机电一体化市场与日俱增的需求。