水阀、油阀、膨胀阀等阀类组件在汽车热管理系统中扮演着调节控制的重要角色。阀类应用需具备高可靠性、精准控制等性能，同时简单易用、价格合理也是硬需求。步进电机由于高精度、高性价比、电路简单等特性，非常契合阀类控制。
基于以上市场需求，太阳成集团tyc122cc推出了一系列适用于小型低功耗步进电机控制的阀类解决方案，该方基于进芯16位定点DSP芯片ADM16F03A2Q开发设计集，成了LDO、预驱及LIN模块，具有启动及运行电流小、转速可调节、可恒流运行，可简化客户开发进程，加速产品上市。
该方案主控芯片ADM16F03A2Q太阳成集团tyc122cc针对电机应用而开发的一款专用芯片，集成ADP16F03 控制器、完整信号采集链、智能电源管理单元、6NMOS预驱动器、LIN驱动器的智能电机控制驱动器芯片，外接功率NMOS可单芯片组成有刷/无刷电机执行器，同时实现单线控制和组网。下表是ADM16F03A2Q电机控制方面的资源简介：
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主架构 |
16位定点DSP |
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主频 |
150MHz |
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存储资源 |
8KB SARAM、64KB Flash |
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单电源供电 |
4.5-40V |
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通讯接口 |
SCI(配置成LIN接口) |
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外设 |
六路NMOS Pre-Driver+4TCON+3CAP+QEP+延时滤波+运算加速单元（除法+开方+反正切+帕克变换+32位乘法移位 |
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模拟外设 |
OPA+3PGA+5比较器+温度传感器 |
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集成化配置 |
12V-LDO、6NMOS预驱、LIN-PHY |
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电机驱动方式 |
有感/无感方波 有感/无感弦波 |
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封装 |
QFN56 封装 |
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温度范围 车规认证 |
-40-125°C AEC-Q100 |
表1 ADM16F03A2电机控制相关资源
如以下框图所示，集成的5V LDO和12V LDO可以将母线直接接入LDO_IN引脚，无需其他降压、分压器件；同时内置的6NMOS预驱动器只需要在外围简单配置boost器件即可使用；集成的LIN驱动器在需要与其他LIN主（从）机进行通信时，也可方便快捷的应用。结合我司自研的三半桥驱动两相四线步进电机的软硬件资源，可以实现用更少的芯片资源占用、更低成本的硬件来实现同样优秀的步进电机控制。
图1 ADM16F03A2步进电机阀类应用框图
软件模块
在三路半桥的基础上，软件采用矢量控制方式，将步进电机不同线圈的一端并联在一起定为公共端，通过开环SVPWM驱动步进电机运转。
图2 软件控制逻辑
硬件模块
电路模块主要包括：ADM16F03A2芯片最小系统、H桥电路、ADC采样电路。
1）ADM16F03A2芯片最小系统
ADM16F03A2最小系统如下图所示，包含JTAG接口、SPI通信接口、串口、PWM模块、ADC模块等。系统自带的运放PGA可以通过外围电阻配置为差分模式用于相线电流采样。当需要用到SPI调试时，可以通过SPI接口，借助进芯SPI通讯调试工具进行SPI通信调试；当需要离线烧录程序时，通过3V3、TX、RX、GND信号测试焊盘，借助进芯的离线烧录工具可实现快速的脱机烧录。
图3 ADM16F03A2最小系统
2）H桥电路
H桥电路采用上下管均为NMOS的配置，总计6个NMOS组成三相H半桥驱动电路。
ADM16F03A2内部集成了三相半桥栅极驱动芯片，只需搭建简易BOOST电路提高上管NMOS栅极驱动电压，其余驱动部分均已集成于DSP内部，极大简化了PCB硬件布局空间需求以及布局难度，显著降低成本。
相电流采样电阻200mR 放置在低边三相任意两相上，通过差分走线连接至ADM16F03A2的PGA的外围放大电路。
图4 H桥及BOOST电路
3）ADC采样电路
ADC采样电路包括两路桥臂相电流的采样和母线电压采样。相线电流用于堵转位置检测 后续还可用于电流环 母线电压检测除用于保护外 还为软件算法的计算提供电压参数
图5 ADC采样电路
实物及波形
基于以上应用介绍，我司设计了一块用于驱动12V两相四线步进电机的电子水阀的控制DEMO板。板卡实物图和实测波形图如下图所示：
图6 12V电子水阀驱动板
图7 步进针阀运行全行程相电流波形图
图8 LIN通信波形图
技术支持
太阳成集团tyc122cc可为客户提供以上方案的原理图、PCB参考板图、源代码、以及方案所对应的软硬件开发技术支持，需进一步了解方案详情，欢迎致电0731-88731027。
