近日，大聯(lián)大世平集團(tuán)發(fā)布了一款針對(duì)新能源電車(chē)800V平臺(tái)架構(gòu)的e-Compressor空壓機(jī)解決方案。該方案主要由Flagchip的MCU FC4150、NXP的汽車(chē)安全系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片(SBC) FS23、安森美的IPM模塊、PSR DC-DC器件、圣邦微的OPA和納芯微的隔離器件組成，符合ASIL-B功能安全等級(jí)，用于驅(qū)動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)。

　　

　　圖2：800V新能源電車(chē)空壓機(jī)解決方案展示板

　    方案技術(shù)優(yōu)勢(shì)
　　1. FS23 (SBC) 與 FC4150 (MCU) 組合符合ASIL-B功能安全要求標(biāo)準(zhǔn)。
　　2. SBC FCCU硬件監(jiān)控MCU故障，同時(shí)Watchdog進(jìn)行MCU存活監(jiān)督，確保系統(tǒng)失效安全保護(hù)。
　　3. 提供全功能的電機(jī)軟硬故障保護(hù)，包括過(guò)流、過(guò)欠壓、堵轉(zhuǎn)、缺相、過(guò)溫等。
　　4. 提供軟件demo算法，如高頻注入、死區(qū)補(bǔ)償、滑模觀測(cè)器、FOC等。

　　5. 提供硬件參考設(shè)計(jì)，加快產(chǎn)品快速開(kāi)發(fā)。

　　圖3：800V新能源電車(chē)空壓機(jī)解決方場(chǎng)景應(yīng)用圖
　    方案硬件設(shè)計(jì)
　　1. 主控
　　采用旗芯微的FC4150F512BS1P64T1A，基于高性能ARM Cortex-M4內(nèi)核的32位微控制器，工作頻率可達(dá)150 MHz，內(nèi)置高速存儲(chǔ)器，豐富的I/O端口和多種外設(shè)。
　　2. IPM
　　電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分采用Onsemi的NFVA23512PN2T IPM模塊，內(nèi)置3個(gè)高速半橋高壓柵極驅(qū)動(dòng)電路和低損耗的IGBT管，支持20kHz的PWM，提供多種保護(hù)功能。
　　3. 電源設(shè)計(jì)
　　低壓電源供電部分分為兩路：一路采用反激隔離式DC-DC向IPM-15V與隔離器件的VDD1供電，另一路采用SBC對(duì)MCU供電，并實(shí)時(shí)監(jiān)控反激隔離式DC-DC的輸出電壓狀態(tài)。MCU電源部分采用恩智浦的FS2300，具有多路LDO輸出和多種監(jiān)控診斷功能。IPM電源部分采用Onsemi的NCV12711ADNR2G，適用于隔離式DC-DC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包含多種保護(hù)特性。
　　4. 數(shù)字隔離器
　　采用納芯微的車(chē)規(guī)級(jí)NSI8220W0傳輸PWM信號(hào)、反饋VFO、LDO_PG信號(hào)，具有高傳輸速率和高共模瞬變抗擾度。
　　5. 電壓采樣隔離器
　　選用納芯微的NSI1311采樣母線(xiàn)電壓和IPM溫度信號(hào)，具有高輸入阻抗和高共模瞬變抗擾度。
　　6. 電流采樣隔離器
　　選用納芯微的NSI1300D25對(duì)IPM的底邊管進(jìn)行電流采樣，具有高帶寬和高共模瞬變抗擾度。
　　7. OPA
　　運(yùn)算放大器部分采用圣邦威的車(chē)規(guī)級(jí)SGM8557H-1AQ，將電壓、電流采樣隔離器輸出的差分信號(hào)轉(zhuǎn)化為單端輸出供MCU ADC外設(shè)采樣。
　　 方案軟件設(shè)計(jì)
　　方案軟件部分采用世平Sensorless FOC雙電阻采樣的軟件庫(kù)架構(gòu)，通過(guò)板載電位器給定速度命令使電機(jī)旋轉(zhuǎn)。軟件采用雙環(huán)控制（電流環(huán)+速度環(huán)），實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的磁場(chǎng)定向控制。
　　1. SVPMM
　　空間矢量脈寬調(diào)制（SVM）是FOC的基礎(chǔ)，通過(guò)選擇非零矢量與零矢量合成，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的高效控制。
　　2. Current Sensing
　　在電流環(huán)中，軟件通過(guò)采樣V和W相的下橋臂電阻上的壓降，再用基爾霍夫電流定律計(jì)算第三相（U相）的電流。
　　3. FC4150外設(shè)間的相互配合

　　在FOC控制中，F(xiàn)TU需要產(chǎn)生中心對(duì)齊的PWM信號(hào)，并通過(guò)PTIMER和ADC的協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制。

　　圖4：800V新能源電車(chē)空壓機(jī)解決方案方塊圖
　　方案規(guī)格
　　1. 高壓側(cè)輸入電壓范圍: 460VDC~860VDC
　　2. 低壓側(cè)輸入電壓范圍: 8VDC~18VDC
　　3. MCU: ARM Cortex-M4 32-bit內(nèi)核，主頻高達(dá)150MHz，ASIL-B功能安全等級(jí)
　　4. 支持CAN、LIN通訊
　　5. 支持2/3 Shunt R三相電流采樣
　　6. 支持過(guò)壓、過(guò)流、過(guò)溫防護(hù)
　　7. 板載電位器支持速度調(diào)節(jié)
　　8. 具備LED指示燈 & UART調(diào)試接口
　　9. 開(kāi)發(fā)板尺寸: MCU板70 * 40 mm，電機(jī)驅(qū)動(dòng)板150 * 135 mm