TLE9893-150W汽車?yán)鋮s液泵參考設(shè)計指南解析

一、引言

在汽車電子領(lǐng)域，冷卻液泵和油泵等應(yīng)用對于電機驅(qū)動設(shè)計有著嚴(yán)格的要求，如高效能、小體積、良好的電磁兼容性等。英飛凌的TLE9893-150W參考設(shè)計為我們提供了一個優(yōu)秀的解決方案，下面將詳細(xì)介紹該設(shè)計的各個方面。

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二、設(shè)計概述

設(shè)計核心

這份英飛凌參考設(shè)計指南詳細(xì)描述了一款汽車?yán)鋮s液泵的實現(xiàn)方案。它采用了MOTIX? MCU嵌入式功率IC系列的三相電機驅(qū)動器TLE9893作為無刷直流（BLDC）電機控制器。同時，使用了SSO8封裝的三個半橋MOSFET來實現(xiàn)無傳感器磁場定向控制（FOC）的冷卻液泵控制。涉及到的主要元件有TLE9893 - 2QKW62s、IAUCN04S7N020D、IPZ40N04S5 - 3R1。

應(yīng)用場景

該設(shè)計適用于冷卻液泵、油泵等12V應(yīng)用的150W BLDC電機。其亮點在于能夠在12V電池電壓下驅(qū)動高達150W的負(fù)載，并且設(shè)計指南包含了設(shè)計描述、原理圖和測量報告，還針對電磁兼容性（EMC）按照CISPR25標(biāo)準(zhǔn)進行了測試，同時給出并討論了熱性能信息。

三、設(shè)計規(guī)格

系統(tǒng)參數(shù)

熱參數(shù)

電磁兼容性

傳導(dǎo)發(fā)射需符合CISPR25標(biāo)準(zhǔn)，頻率范圍為150 kHz - 108 MHz。

機械規(guī)格

PCB尺寸為66mm x 66 mm x 12 mm（寬x深x高）。

四、整體架構(gòu)

設(shè)計采用FR4 4層電路板，除了其他元件外，還包含三個SSO8半橋MOSFET、一個用于有源反極性保護的TSDSON - 8 MOSFET、一個集成三相柵極驅(qū)動器和一個分流電阻。所有有源元件都經(jīng)過精心布局，以在PCB的整個區(qū)域分散熱量。分流電阻是一個額外的熱源，因為它收集了橋路三條支路的所有回流電流。由于PCB僅在頂部安裝了表面貼裝元件，因此可以直接將電路板連接到泵殼，以實現(xiàn)優(yōu)化的冷卻效果。

五、亮點產(chǎn)品

OptiMOS - 7? 40 V SSO8 (PG - TDSON - 8 - 60) MOSFET

這種雙SSO8封裝在5 × 6 mm2的占地面積下提供了60A的高電流能力。結(jié)合英飛凌領(lǐng)先的OptiMOS - 7? 40 V功率MOS技術(shù)，它能夠滿足并超越汽車BLDC和H橋應(yīng)用的能效和功率密度要求。憑借英飛凌強大的SSO8封裝技術(shù)，可實現(xiàn)極小且高效的系統(tǒng)設(shè)計，其RDS(on)低至1.9 mΩ。

3相橋驅(qū)動器IC與集成Arm? Cortex? - M3

TLE989x系列適用于各種智能三相無刷直流電機控制應(yīng)用，如冷卻液泵、風(fēng)扇和一般BLDC電機應(yīng)用，這些應(yīng)用需要空間受限的解決方案和CAN - FD通信。它提供了無與倫比的集成度和系統(tǒng)成本優(yōu)化，以滿足目標(biāo)應(yīng)用的需求。此外，它在閃存大小和MCU系統(tǒng)時鐘頻率方面具有可擴展性，支持基于傳感器或無傳感器的各種電機控制算法。

OptiMOS - 5? 40 V SSO8 (PG - TDSON - 8 - 33) MOSFET

SSO8封裝在3.3 × 3.3 mm2的占地面積下提供了40A的高電流能力。結(jié)合英飛凌的OptiMOS - 5? 40V功率MOS技術(shù)，它能夠滿足并超越汽車BLDC和H橋應(yīng)用的能效和功率密度要求。得益于英飛凌強大的S3O8無引腳封裝技術(shù)，可實現(xiàn)極小且高效的系統(tǒng)設(shè)計，其RDS(on)低至2.8 mΩ。

六、性能測試

開關(guān)特性

在測試過程中測量了HB3（低側(cè)MOSFET）的開關(guān)波形。

元件自熱

有源元件是參考設(shè)計中功率耗散的主要來源，其中TLE9893和半橋MOSFET的損耗最為顯著。TLE9893的損耗主要來自電荷泵、柵極驅(qū)動器和內(nèi)部（CPU、PMU）；IAUC60N04S7N020D的損耗主要是開關(guān)損耗和傳導(dǎo)損耗。

傳導(dǎo)發(fā)射

• 電機關(guān)閉狀態(tài)：在此條件下，參考設(shè)計由13.5V供電，TLE9893 - 2QW62S的微控制器執(zhí)行代碼，但不控制電機。僅在MOSFET橋驅(qū)動器和電荷泵禁用時顯示傳導(dǎo)發(fā)射的峰值（PK）和平均值（AV）。
• 電機開啟狀態(tài)：測試期間，參考設(shè)計通電，TLE9893 - 2QTW62S的微控制器執(zhí)行代碼并啟用擴頻功能。電機以2000 rpm、5000 rpm、7000 rpm和8000 rpm的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，同時啟用MOSFET橋驅(qū)動器。

七、注意事項

評估板和參考板的使用限制

評估板和參考板僅用于支持應(yīng)用設(shè)計師評估英飛凌科技產(chǎn)品在預(yù)期應(yīng)用中的使用。這些板未經(jīng)過全面的安全要求、整個工作溫度范圍或使用壽命的制造和操作資格認(rèn)證，也未經(jīng)過與常規(guī)產(chǎn)品相同的退貨材料分析（RMA）、工藝變更通知（PCN）和產(chǎn)品停產(chǎn)（PD）程序。它們不是商業(yè)化產(chǎn)品，僅用于評估和測試目的，不應(yīng)用于可靠性測試或生產(chǎn)。

電磁兼容性和標(biāo)準(zhǔn)合規(guī)性

評估板和參考板可能不符合CE或類似標(biāo)準(zhǔn)（包括但不限于EMC指令2004/EC/108和EMC法案），客戶有責(zé)任確保其使用方式符合所在國家的所有相關(guān)要求和標(biāo)準(zhǔn)。

安全應(yīng)用限制

評估板和參考板不應(yīng)用于危及生命的應(yīng)用，如醫(yī)療、核、軍事、生命關(guān)鍵或其他應(yīng)用，因為這些應(yīng)用中評估板和參考板的故障或使用結(jié)果可能導(dǎo)致人身傷害。

八、總結(jié)

英飛凌的TLE9893 - 150W參考設(shè)計為汽車?yán)鋮s液泵和油泵等應(yīng)用提供了一個全面且優(yōu)秀的解決方案。它在元件選擇、布局設(shè)計、性能測試等方面都有出色的表現(xiàn)，但在使用評估板和參考板時，工程師們需要充分了解其使用限制和注意事項，以確保設(shè)計的可靠性和安全性。大家在實際應(yīng)用中，是否遇到過類似設(shè)計在散熱或電磁兼容性方面的挑戰(zhàn)呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗。