ELMOS空调解决方案forSAIC

1、ELMOS汽车空调解决方汽车空调解决方案案田云田云锋锋186 1631 3361yunfeng.tianelmos.euf o rELMOS CONFIDENTIAL - created by YUTI on 2011-11-24 03:48 - no redistribution allowedS A I C-C O N F I D E N T I A L HVAC系统组系统组成成控制器传感器f o r ELMOS Group2ELMOS CONFIDENTIAL - created by YUTI on 2011-11-24 03:48 - no redistribution allowe

2、dS A I C-C O N F I D E N T I A L( LIN ) 风门电风门电机机通通过过LIN总线控总线控制制的空调的空调系系统统 Audi / BMW / Daimler传感器执行器LINf o r ELMOS Group3ELMOS CONFIDENTIAL - created by YUTI on 2011-11-24 03:48 - no redistribution allowedS A I C-C O N F I D E N T I A L 风门电机通风门电机通过过LIN总线控制的空调控制面总线控制的空调控制面板板ECU16bit MCU64-256K Flash6

3、4-112pinDriverI/O A/DControl PanelDisplaySensors Temp Sun light E910.86P o w e r S u p p l y E522.01HS CANLIN/Kf o r ELMOS GroupELMOS CONFIDENTIAL - created by YUTI on 2011-11-24 03:48 - no redistribution allowedS A I C-C O N F I D E N T I A L 带带LIN总线的风总线的风门门驱动模驱动模块块 步进电步进电机机或直流或直流电电机机f o r ELMOS Gr

4、oupELMOS CONFIDENTIAL - created by YUTI on 2011-11-24 03:48 - no redistribution allowedS A I C-C O N F I D E N T I A L 风门电风门电机机直直接接驱动的驱动的空空调调系系统统CAN/ LIN执执行行器器传感器中控台HVAC 总成f o rECU ELMOS Group6ELMOS CONFIDENTIAL - created by YUTI on 2011-11-24 03:48 - no redistribution allowedS A I C-C O N F I D E N

5、 T I A L 风门直风门直接接驱动驱动型型 空调控制空调控制面面板板ECU8/16bit MCU 32K-256K Flash 48pin-112pinDriverI/O A/DControl PanelDisplaySensors Temp Sun light E910.86P o w e r S u p p l y E522.01HS CANDCM o t o r D r i v e r E910.72P u l s e counterLIN/KFlap #1Flap #2Flap #3E520.01Stepper Motor DriverFlap #4Flap #5Flap #6 S

6、tepper motorf o r ELMOS GroupELMOS CONFIDENTIAL - created by YUTI on 2011-11-24 03:48 - no redistribution allowedS A I C-C O N F I D E N T I A L 鼓风机鼓风机/冷却风冷却风扇扇 直流电直流电机机驱驱动动方案方案1 E523.20+MosfetPWM接接口口 高边驱高边驱动动样片 Q1/2012方案方案2 E523.03+2*Mosfet+MCULIN或或PWM接接口口 半桥驱半桥驱动动样片Q4 2011f o r ELMOS GroupELMOS CO

7、NFIDENTIAL - created by YUTI on 2011-11-24 03:48 - no redistribution allowedS A I C-C O N F I D E N T I A L 鼓风机鼓风机/冷却风扇冷却风扇 直流电直流电机机驱驱动动方案方案3E520.35 + MCU + Charge Pump + MosfetLIN接接口口 高高边边驱驱动动样片 Q4/2011Charge pumpMosfetf o r ELMOS GroupELMOS CONFIDENTIAL - created by YUTI on 2011-11-24 03:48 - no r

8、edistribution allowedS A I C-C O N F I D E N T I A LFlap driver风门驱风门驱动动f o rELMOS CONFIDENTIAL - created by YUTI on 2011-11-24 03:48 - no redistribution allowedS A I C-C O N F I D E N T I A L 执行执行器器单单极极性性3相相双双极极性性双双极极性性带带LIN总总线线直直接驱接驱动动DC带带电电位位计计DC,采采用脉用脉冲冲计计数数f o r ELMOS Group11ELMOS CONFIDENTIAL -

9、 created by YUTI on 2011-11-24 03:48 - no redistribution allowedS A I C-C O N F I D E N T I A L 步进电步进电机机驱驱动动 定制芯定制芯片片双双极极性性单单极极性性3相相Elmos E117.xxElmos E143.01Elmos E140.20Audi / BMW / DaimlerVolvof o r ELMOS Group12ELMOS CONFIDENTIAL - created by YUTI on 2011-11-24 03:48 - no redistribution allowedS

10、 A I C-C O N F I D E N T I A L 步进电步进电机机的分的分类类双双极极性性Elmos ICs:E910.67/79 E105.01 E117.01 ff单单极极性性Elmos IC:E910.01E143.01 E520.013相相Elmos IC:E140.20E523.40f o r ELMOS Group13ELMOS CONFIDENTIAL - created by YUTI on 2011-11-24 03:48 - no redistribution allowedS A I C-C O N F I D E N T I A L 风门电风门电机机位置反位

11、置反馈馈步步进电进电机机： 通通过过步步数反数反馈馈相对位置信息需要标定确定起始位置需要堵转检测假设：每一步都运行正确直直流电流电机机: 通过通过电电位位计反计反馈馈任何时刻可获得电机绝对位置不需要标定通过电位计检测堵转电位计磨损导致失效直直流电流电机机: 通过通过脉脉冲冲/纹纹波波计计数数相对位置信息需要标定确定起始位置需要堵转检测脉冲计数不准，会产生误差，需要重新标定f o r ELMOS Group1144ELMOS CONFIDENTIAL - created by YUTI on 2011-11-24 03:48 - no redistribution allowedS A I C-

12、C O N F I D E N T I A L 执行器执行器电电机机电机重量1) DC 直流电机2) unipolar stepper3) bipolar stepper4) 3-phase stepper52,6g39,1g26,2g14,3g越小越好越轻越好1234f o r ELMOS Group1155ELMOS CONFIDENTIAL - created by YUTI on 2011-11-24 03:48 - no redistribution allowedS A I C-C O N F I D E N T I A L 系统成本分系统成本分析析 单极性步进电单极性步进电机机带

13、电位计的直流带电位计的直流电电机机直流电直流电机机 脉冲计数方脉冲计数方式式数量单价 美分总价 美分数量单价 美分总价 美分数量单价 美分总价 美分控制控制器器引脚515515212每个电机需要 驱动芯片成本606060608080线线束束线，接插件552555252510执行执行器器电位电位计计11515引脚515515212总计9511094电机重量 g39.552.648不包括电机成本不包括电机成本, 但是目前步进电机的成本和直流电机成但是目前步进电机的成本和直流电机成本本 已经相已经相当当f o r ELMOS Group1166ELMOS CONFIDENTIAL - created

14、 by YUTI on 2011-11-24 03:48 - no redistribution allowedS A I C-C O N F I D E N T I A L ELMOS HVAC风门电机风门电机驱驱动动IC通讯方通讯方式式电机类电机类型型功功能能状状态态型型号号直接驱动单极性步进电机步进电机驱动in productionE910.01直接驱动单极性步进电机步进电机驱动器,带堵转检测功 能,最多驱动3个电机samplesE520.01直接驱动直流电机驱动3个电机带纹波计数samplesE910.72LINStepper bipolar双极性步进电机大功率步进电机驱动带堵转检 测

15、(800mA)samples in Q1/2012E523.30CoolLin3相步进电机带LIN2.1接口和MCUsamples in Q1/2012E523.40f o r ELMOS Group17ELMOS CONFIDENTIAL - created by YUTI on 2011-11-24 03:48 - no redistribution allowedS A I C-C O N F I D E N T I A L E910.01 步进电机驱动芯步进电机驱动芯片片特特点点 8 high current outputs (Imax=350mA) drives up to 2 un

16、ipolar stepper motors Low standby current (typical 1A) Serial structure for direct C interfacing output status detection Wide output operating voltage range (5.5 to 25.5V) Output open- and short-circuit detection Thermal overload protection 40C to + 125C operating temperature SO20 package or QFN 5x5

17、 20Ld packageseries production since 15 years!量产已经15年!Drives up to 2 unipolar Stepper Motorsf o r ELMOS Group18ELMOS CONFIDENTIAL - created by YUTI on 2011-11-24 03:48 - no redistribution allowedS A I C-C O N F I D E N T I A L E520.01 12路低边路低边驱驱动动,带堵转带堵转检检测测,可驱动可驱动3个步进电个步进电机机 特特点点ONMAX (Rtyp. 1.2Ohm

18、 / I= 350mA)“堵转检测堵转检测” 输出可输出可并并联驱联驱动更动更大负大负载载 数字电数字电压压范围范围3V5.5V 待机电待机电流流小小 快来申请样快来申请样片片!E520.0 x 系系列列 E520.01 12通通道道,带堵转检带堵转检测测 E520.02 12通通道道,不带堵转检不带堵转检测测 E520.03 8通道带堵转检通道带堵转检测测应应用用： 带带堵转堵转检检测的测的步步进电进电机机 （空空调风调风门门驱动驱动） 带带PWM的直的直流流电电机机 与与蓄电蓄电池池电压电压独独立立的的PWM驱驱动的动的继继电器电器驱驱动动 （车车身控身控制制） 3路路PWM灯光灯光驱驱动

19、动 （车身（车身控控制制） 3路路PWM LED驱驱动动 开开关检关检测测带脉带脉冲冲电流电流检检查查f o r ELMOS Group19ELMOS CONFIDENTIAL - created by YUTI on 2011-11-24 03:48 - no redistribution allowedS A I C-C O N F I D E N T I A L E520.01 带堵转检带堵转检测测的的步步进电机进电机驱驱动动堵转检堵转检测测的的优优势势： 自动关断电自动关断电机机 噪音更噪音更小小 堵转堵转时时,机械负载机械负载小小 机械部件压力机械部件压力小小- 执行部执行部件件可以

20、可以更更小小- 减少故减少故障障率率 可靠的硬件解决方可靠的硬件解决方案案 在不同的条件下都做过评在不同的条件下都做过评估估电池电压: 波形:频率:6V 19V全步, 半步， 微步167Hz, 182Hz, 200Hz, 222Hz, 250Hzf o r ELMOS Group20ELMOS CONFIDENTIAL - created by YUTI on 2011-11-24 03:48 - no redistribution allowedS A I C-C O N F I D E N T I A L通通讯讯MCU通过通过SPI发发送电机送电机步步数命数命令令给给E520.01E520

21、.01发送发送诊断诊断和和电电机机堵转堵转信信息息给给MCUC520.01Diagnosis and Motor Stall InfoMotor step commands via SPI E520.01 带堵转带堵转检检测的步测的步进进电电机机驱驱动动f o r ELMOS Group21ELMOS CONFIDENTIAL - created by YUTI on 2011-11-24 03:48 - no redistribution allowedS A I C-C O N F I D E N T I A L通通讯讯外部控制器必须通过将电机步数写入相应寄存器才 能控制输出(每一步需要一

22、个SPI命令) 电流输出状态可以通过SPI读出 诊断(过流,过温等)和堵转信息也可通过SPI发给MCUFULL STEP100% torqueHALF STEP86% torqueWAVE DRIVE70% torque50% torque E520.01 带堵转带堵转检检测的步测的步进进电电机机驱驱动动f o r ELMOS Group22ELMOS CONFIDENTIAL - created by YUTI on 2011-11-24 03:48 - no redistribution allowedS A I C-C O N F I D E N T I A L E910.72 6路路半

23、桥半桥,带带脉脉冲计冲计数数特特点点 工作电压工作电压6-19V 可通过可通过配配置驱动置驱动3,4,5个电个电机机 每个半每个半桥桥输出输出电流电流最大最大540mA RDSon to typ. 1.25 Ohm 3个独立的脉个独立的脉冲冲检检测测器和计器和计数数器器 可调整可调整参参数驱数驱动不动不同类型同类型的的电电机机 带保护带保护功功能能(短路短路,开开路路,过温过温,过压过压或或欠欠压压) 工作温工作温度度 -40C to +85C 封装封装QFN32L5快来申请样片快来申请样片！应应用用 空调风空调风门门驱驱动动 伺服直伺服直流流电电机机不需要不需要电电位位计计f o r ELM

24、OS Group2233ELMOS CONFIDENTIAL - created by YUTI on 2011-11-24 03:48 - no redistribution allowedS A I C-C O N F I D E N T I A L MCU发送电机地址,方向和脉冲数E910.72返回已经驱动的脉冲数和诊断数据对对MCU要要求求很简很简单单/72 E910.726路半路半桥桥,带脉冲计带脉冲计数数f o r ELMOS Group24ELMOS CONFIDENTIAL - created by YUTI on 2011-11-24 03:48 - no redistrib

25、ution allowedS A I C-C O N F I D E N T I A L通讯流通讯流程程 MCU通过SPI发送电机目标位置,方向和脉冲数给E910.72 E910.72自动驱动电机到目标位置 电机停止转动后, E910.72将实际检测到的脉冲数返回给 MCU 诊断数据比如过流,过温,电机堵转等通过SPI发送给MCU E910.726路路半桥半桥,带带脉冲脉冲计计数数f o r ELMOS Group25ELMOS CONFIDENTIAL - created by YUTI on 2011-11-24 03:48 - no redistribution allowedS A I

26、 C-C O N F I D E N T I A L 纹波计纹波计数数测试台测试台架架用用来调来调整整电机参电机参数数和寿和寿命命测测试试 3个电机 最大负载 20Nm 对脉冲计数和电位计进行比较评评估板估板可可以允许以允许下下面变面变化化: 步长(每步需要的脉冲数) 电机方向 起动顺序 起动延时 蓄电池电压f o r ELMOS Group2266ELMOS CONFIDENTIAL - created by YUTI on 2011-11-24 03:48 - no redistribution allowedS A I C-C O N F I D E N T I A L 测测试结试结果果

27、 测试时测试时间间: 电机运电机运转转: 脉冲脉冲数数:180小小时时82万次万次(起动到停起动到停止止)3千千8百万百万次次每每1500次次电机工作循环电机工作循环有有1个脉冲误个脉冲误差差每每71200个个脉冲有一个脉冲误脉冲有一个脉冲误差差f o r ELMOS Group2277ELMOS CONFIDENTIAL - created by YUTI on 2011-11-24 03:48 - no redistribution allowedS A I C-C O N F I D E N T I A L 测测试结试结果果脉冲计数脉冲计数方方法可行法可行,但但是是需要工需要工作作中中重

28、重新标新标定定 有下列几有下列几种种标定方法标定方法: 电电机起机起动动时进时进行行标标定定 电电机停机停止止时进时进行行标标定定 电电机停机停止止10分钟分钟后进后进行行标标定定 电电机工机工作作1000次次循环循环后后进行进行标标定定重新标定重新标定频频率取决率取决于于电电机机工作频率工作频率. 要综合考要综合考虑虑风风门门位置精位置精度度和和 噪音噪音,机械机械强强度等因素度等因素. 控制策略控制策略取取决于决于OEM. 注注: 即使即使是是带电位带电位计计的的电电机机, 也需要也需要在在工作中工作中重重新新标标定定f o r ELMOS Group2288ELMOS CONFIDENT

29、IAL - created by YUTI on 2011-11-24 03:48 - no redistribution allowedS A I C-C O N F I D E N T I A L 脉脉冲计冲计数数 测测试台试台架架 在在不同不同蓄蓄电电池池电压电压下下的的精度精度.8V下的下的最最大误大误差差20个个脉脉冲冲风风门角门角度度2.7 12V下的下的最最大误大误差差36个个脉脉冲冲风风门角门角度度5.1 16V下的下的最最大误大误差差92个个脉脉冲冲风风门角门角度度12.7 f o r ELMOS Group2299ELMOS CONFIDENTIAL - created b

30、y YUTI on 2011-11-24 03:48 - no redistribution allowedS A I C-C O N F I D E N T I A L 测试精度测试精度(1天天)Aufbau und Untersuchungen36个个脉脉冲冲. 风风 门门角角度度5.1度度21小时以小时以后后如如果电果电机机优优 化后化后, 可可以以达达 到到很高很高精度精度.f o r ELMOS Group3300ELMOS CONFIDENTIAL - created by YUTI on 2011-11-24 03:48 - no redistribution allowedS

31、A I C-C O N F I D E N T I A L ELMOS Group E523.30 PWM/LIN接口接口的的电机驱电机驱动动 驱动1个双极性步进电机或1个到3个 直流电机无传感器式“堵转检测”可检测步进电 机终点位置或堵转驱动电流达2x800mA可编程的斩波电流供电电压5.5V-30V(load dump 42V)睡眠模式电流30uA与68HC05代码兼容的内置控制器256字节RAM, FLASH支持EOL编程8k FLASH, 8k ROM32字节EEPROM用来保存客户参数3个霍尔传感器或电位计GPIO输入节点温度-40C to +150Cf o rELMOS CONFI

32、DENTIAL - created by YUTI on 2011-11-24 03:48 - no redistribution allowedS A I C-C O N F I D E N T I A LBlower driver风机驱风机驱动动f o rELMOS CONFIDENTIAL - created by YUTI on 2011-11-24 03:48 - no redistribution allowedS A I C-C O N F I D E N T I A L 风机驱风机驱动动电电机类机类型型特特点点应应用用状状态态型型号号直流电机鼓风机线性驱动器空调鼓风机量产E91

33、0.16无刷电机带LIN总线无刷电机驱动风扇和油泵,水泵样片E523.01直流电机带LIN总线的半桥驱动风扇和油泵,水泵样片E523.03直流电机带LIN总线的直流电机控制器风扇和油泵,水泵样片 Q1/2012E523.20无刷电机可编程的BLDC电机控制器风扇和油泵,水泵样片 Q1/2012ELA - 0051f o r ELMOS Group33ELMOS CONFIDENTIAL - created by YUTI on 2011-11-24 03:48 - no redistribution allowedS A I C-C O N F I D E N T I A L E910.16

34、线性风扇控制器特特点点 工作电压7.2V17.5V 过压关断 待机电流小 最小短路电流可通过外部调整 过温保护可通过外部调整 在2个并联的功率FET上控制电流分配 抛负载时打开功率管 工作温度-40125度 封装：SOIC16f o r ELMOS Group34ELMOS CONFIDENTIAL - created by YUTI on 2011-11-24 03:48 - no redistribution allowedS A I C-C O N F I D E N T I A L E523.01 系统系统BLDC电机驱动芯电机驱动芯片片3 x half bridge controll

35、erVTHIGNDBUSIOS TADCBLDC MotorLULVLW VSELVBATVBATPVGMotor control unitDead- time-generationWatchdogOscillatorSPIExternalC 3.3Vor5VTemp sensorHS controlPower SupplyGate Supply 11VSCLKWake upSOSIVCCCSBVCCNRESCLKRXDPWM 1-3TXD NRESD1-3VBA T3M1M2M3VTLVTHBUSLogicRXD TXDBUSInterfaceSensing functionsVDDGH1-

36、3 3LS controlGL1-3PGNDIPVINIMVDD3333323OPGNDBUS Kl15OP 特特点点 供电电压7V28V 3,3V / 5V 电压调节器给外部MCU供电 带看门狗 接口电压兼容2.7V-5.3V (B6 bridge)门驱动电路可驱动3个外置 NMOSFET半桥 6个门驱动器3 x 20 Ohm 150C, 打开电阻3 x 10 Ohm 150C, 关断电阻 死区时间可调 功率管检测和保护 可调差分放大器 LIN/PWM接口 SPI接口用来配置和诊断 工作温度: -40C to 125C (150C) 封装QFN7x7快来申请样片！该系列中该系列中2个半个半桥

37、桥 - 523.02或者或者1个半个半桥桥- 523.03f o r ELMOS Group35ELMOS CONFIDENTIAL - created by YUTI on 2011-11-24 03:48 - no redistribution allowedS A I C-C O N F I D E N T I A L 特特点点 7V to 28V 工作工作电压电压7V-28V 1路路Mosfet半桥门半桥门驱驱动动 死死区区时时间产间产生生 睡睡眠眠模模式式 8 kV IEC-61000-4-2 ESD8KV两种封装QFN 5x5ld20 (or DFN 4x3ld14)样样片片 Q3

38、/11GNDVBATVSLIN TransceiverControl Reset Watch DogVoltage RegulatorENENWakeupWakeGNDLINRXD TXDRES_NWDOSCVDDEN WDINVSWAKE_NENPUDIV_ONPVWDDME520.351678 91013920 1E520.35 QFN 5x5ld20Pin 21 = GNDVDD11 WDINGNDVBATGNDPVDIV_ONRXD12 WDOSCWDDM14 EN18 17 1615 TXDn.c. 2WAKE_N 3n.c. 4VS 5n.c.LINn.c.RES_NE520.35

39、 DFN 4x3ld14Pin 15 = GND14 RXD13 TXD12 EN11 WDDM10 WDOSCGND 1VDD 2WAKE_N 3VS 4LIN 59 WDIN8 RES_Nn.c. 6GND 7f o r ELMOS Group40ELMOS CONFIDENTIAL - created by YUTI on 2011-11-24 03:48 - no redistribution allowedS A I C-C O N F I D E N T I A L E521.35: 带电压带电压调调节器的节器的LIN SBC特特点点LIN收发器, 2.1, SAE-J2602 工

40、作电压6V-27V 在3.8V-40V, 功能有限 睡眠模式电流10uA 工作模式精度3.3V (2%) or 5.0V (2%) 待机模式精度3.3V (5%) or 5.0V (5%) 复位功能BUS pin ESD-protected 8 kV IEC- 61000-4-2 封装： SOIC8, DFN3x4ld14f o r ELMOS Group41ELMOS CONFIDENTIAL - created by YUTI on 2011-11-24 03:48 - no redistribution allowedS A I C-C O N F I D E N T I A L E52

41、1.XX CAN-LIN SBC系系列列 特特点点 高速CAN收发器 多达4个LIN收发器 2.1 / SAE J2602 DCDC降压输出500mA. 误差2% VDD2: 5V或3.3VLDO, 50mA输出电流精 度1% 升压变换器(可选) 睡眠模式电流20uA 待机电流50uA, 当VDD1工作 内置窗口式看门狗 唤醒输入 SPI总线接口 封装QFN9x9 所有系列管脚兼容产品开产品开发发中中 WakeRSTNWK1LIN1_RX LIN1_TXCSN SDISDO CLKINTNVDD2LIN_GNDLIN1CANH CANLHSCAN_RXD HSCAN_TXDPGND LXT V

42、DD1 OCP AGNDVoltage Regulator 3.3V or 5V 1%50mAVDD_CANFSONLINTransceiverHS-CANTransceiverLINx_RX LINx_TXLINxSWDMNReset generation VSVS VSoptionalLINTransceiverDC/DCBuck converterFail safe lowsideCONTROLMDRV ISEN VSMLIN_ENxWULINx WUCANEN_V2EN_BUKEN_BSTDC/DCBoost converterVS VSCAN_ENWatch dogVS EN_VDD

43、2f o r ELMOS Group42ELMOS CONFIDENTIAL - created by YUTI on 2011-11-24 03:48 - no redistribution allowedS A I C-C O N F I D E N T I A L ELMOS Group43 E522.01 E522.04 低静态电流降压式电源变换低静态电流降压式电源变换器器VersionVOUTImax522.015.0V500mA522.023.3V500mA522.035.0V350mA522.043.3V350mASamples available!特特点点 空闲模式电流12uA

44、 超低静态电流8uA 100%占空比 自适应开关频率高达1.3MHz 通过PFM控制在整个电流范围内实现很高的转换效率 输入电压高达40V 可调整的输出电流限制 电源状态输出/复位 产生 封装QFN20 4x4 工作温度-40125C应应用用 网关，ECU, BCM 832Bit MCU电源只只需需要要5个个外部元外部元件件f o rELMOS CONFIDENTIAL - created by YUTI on 2011-11-24 03:48 - no redistribution allowedS A I C-C O N F I D E N T I A LELMOS Light Angle Sensor | 2010 ELMOS Group44 E910.86 阳光角度传感器特特点点 X-Y方向光线角度传感器 光线强度检测 内置温度传感器 工作电压4.5V-5.5V 测量范围15 - 165 精度2.7 SPI接口用于和MCU通讯 工作温度-40C to +105C 封装QFN 4x4应应用用 二维阳光角度和强度传感器汽车空调建筑工业MOSI MUXr