本文导读

汽车热管理系统就是对汽车进行温控和冷却，用来保证汽车各零部件以及驾驶舱内处于适宜的温度范围。在新能源汽车上主要表现在电池系统、电驱系统和空调系统的温度控制上，而各回路系统的水泵作为能量流动的重要角色，因此，做到对三个水泵的灵活控制显得尤为重要。

随着低碳经济的提出和节能减排的号召，“新能源”已经成为当今社会的热点话题，在新能源汽车上更是对车内能源利用率提出了更高的要求，主要体现在实现各回路热量与冷量需求的内部匹配。新能源电动汽车热管理已成为保障车辆宽温域环境适应能力、电池热安全和乘员舱热舒适性等方面的关键技术，同时也对电动汽车的能耗，特别是高低温环境下的整车能耗有着显著影响。随着车辆电气化和智能化的快速发展，与传统汽车相比，电动汽车热管理技术和发展路线在动力系统、空调系统等子热力系统和整车层面都呈现出了明显的差异和巨大的进步。

新能源汽车热管理系统

汽车在行驶工作时，其内部会产生大量的热量，而热管理系统便是负责汽车内部热量的产生和传输等问题，将车内热量控制在合适的范围内，防止高温引起汽车故障。

图1 汽车热管理构成

传统燃油汽车的热管理系统,基本围绕其动力系统展开,主要包括发动机冷却系统以及主要利用发动机余热和动力进行制热/制冷的空调系统｡

对于新能源的热管理系统，需要具备更复杂的系统，更高的成本，比如相较传统燃油车，多了电池、电驱电器件，就要多一套的电池冷却系统，以及增加电动电器件的冷却系统。新能源汽车热管理系统包括电池热管理、电机电控热管理和空调热管理。

电池热管理

动力电池能完全发挥性能的温度范围通常为 0℃~40℃｡温度过低,电池充放电功率性能下降,整车表现出动力不足､续航缩减;温度过高会产生电池热失控风险,威胁整车安全。电池的散热方式主要有风冷式、液冷式和直冷式。随电池的能量密度提升，直冷已经满足不了散热需求了，而液体的比热容比空气高，液冷式比风冷式散热效果更佳，使得液冷成为主流趋势。

电机电控热管理

电机和电控是新能源汽车一大发热源。温度控制带来最佳性能体验，电机电控零部件产生高温影响性能，需通过冷却循环及时散热，电机电控零部件工作时产生的热量若不及时散去会使其性能和寿命下降。

空调热管理

电动汽车空调系统主要负责汽车乘员舱的热管理，从而为司乘人员提供舒适的驾驶乘坐环境，进而保障驾驶员的安全驾驶。
当前电动汽车主要采用的空调系统为压缩式单冷空调和电加热器的组合，这种空调系统技术成熟，与燃油车差别不大。目前主要使用的是PTC空调和热泵空调。

集成式热管理系统成为发展趋势

目前传统车热管理方案已经较为成熟，传统内燃机汽车可以利用发动机的余热进行采暖。在电动汽车发展的初期，各系统的热管理功能独立，纯电动汽车的空调系统工作所需能量均来自动力电池，无法利用内燃机余热进行乘员舱的加热，主要依靠高压 PTC 进行供暖，在冬季环境中，会大量消耗电池电量，缩短续驶里程。这样的分散式热管理系统部件众多，体积及质量大，缺乏对整车热量的统一管理，热管理效率较低，系统成本高，但结构简单，系统控制简单。

在电动汽车续驶和整车能耗的压力下，随着电动汽车开发技术的进化，具备更低热管理能耗、更宽工作温域、更低系统成本和更紧凑的系统结构的一体化集成热管理系统成为电动汽车的大势所趋。该设计对三大系统产生的热量进行统一的管理，从而大幅提高车辆整车的热管理效率，采用更高效的热泵空调代替PTC作为主要热源，并采用电机余热回收或电机发热等作为补充热源来拓展工作温域。将各系统的加热功能、冷却功能集成化，而非分散式热源。将冷却管路、控制阀、水泵、膨胀壶等辅助系统部件集成使结构更紧凑。与零散的系统相比可以显著降低热管理系统整体所占用的空间和重量。

集成式管理系统可大幅度降低能量损耗，直接提升续航里程，国外厂商已经有6年的验证搭载周期，目前装载率仅10%，产业升级趋势明确。

助力集成式热管理系统

新能源汽车热管理系统核心零部件：换热器 Chiller、电池冷却板、电子膨胀阀、电子水泵、水暖 PTC、电动压缩机、冷凝器、风扇、电子膨胀阀、蒸发器等。其中水泵是整套系统的心脏，驱动液体在三个系统中流动、交换能量。

图2 新能源车热管理构成

在这套系统中，水泵几乎是一直在工作的，因其工作特性，需要工作寿命长且兼顾效率高、噪音低、振动小、质量小等特点。使用FOC算法控制无刷电机，能满足市场需求。在这套系统中，为确保各个系统的液体流通，需要三个水泵，分别负责每一路液体传输的动力来源。对于水泵的驱动和控制，早期方案是单个MCU驱动一个水泵，各个水泵控制是独立分开的，机车控制中心需要对三个MCU进行数据交互，才能完成对水泵的有效控制，导致对整个热管理系统数据管理是十分复杂的，并且其后期OTA也是复杂的。

现在推出S32K3多电机控制方案，单个S32K3 MCU就可控制3个水泵，更方便对其进行管理，后期OTA也更加简单，同时S32K3在安全方面的性能比S32K1更加可靠。

立功科技 S32K3多电机控制方案

有效系统控制框图如图3所示。

图3 系统控制框图

功能特性：

• 支持三个PMSM的无感FOC控制

• 单板设计，优化的电流采样、方便调试

• 支持3个PMSM的单、双电阻FOC

• PMSM的功率可达350W

• FreeMASTER调试工具已适配三电机方案

• 支持多路阀门控制

• 支持多路步进电机控制

• 支持多路有刷电机控制

只要用户对新能源汽车还有电池续航、舒适度、电池快充等需求，集成式热管理的重要性进一步强化，是未来新能源汽车热管理的关键趋势。立功科技可提供多电机控制方案，助力集成式热管理系统开发。

近日，全国产32位MCU领军企业爱普特微电子，针对电机控制、变频等应用市场，发布了一款最强全国产、高可靠32位MCU—APT32F171。该系列产品是采用全国产RISC内核，具有加强模拟性能，1.8V ~ 5.5V工作电压范围，48MHz CPU主频。支持硬件CRC，独立除法器，内嵌多达6个独立模拟比较器，2个运算放大器，15路12位高速ADC，多达30个GPIO，均支持外部中断，最多8个大电流驱动管脚；支持3组6路互补带死区模式的PWM输出等。

具备高可靠性、高集成、低功耗、易开发和价格优惠等优势于一体的全国产32位MCU APT32F171，为家电设备、工业设备、逆变等市场领域提供了最优国产芯选择。

APT32F171主要性能优势：

48MHz的32位高性能CPU

• 16个32位通用寄存器

• 高效的2级执行流水线

• 中断控制器：支持动态配置的可嵌套中断(NVIC)

• 增强的时钟和功耗控制器(SYSCON)

• 硬件除法器(HWDIV)

• 灵活的事件触发选择控制器(ETCB)

• CRC控制器(CRC)

存储器资源

• 64KBytes程序存储，2KBytes数据存储

• 8KBytes SRAM

通讯接口

• 1 x UART/1 x USART

强大的定时器资源

• 1 x 独立看门狗定时器(IWDT)

• 1 x 8位窗口看门狗定时器(WWDT)

• 1 x 16位2路同步定时器/计数器，支持PWM功能(GPT)

• 4 x 16位基本计时TIMER(Basic Timer)

• 1 x 16位增强型计数器，3组6路PWM输出，支持死区、互补、比较器联动(EPT)

模拟外设

• 15路12位ADC，最大转换速度1MSPS

• 6路独立比较器，每个比较器，可独立选择内部126个参考电压可对外输出的电压基准源

• 2路可调增益的运算放大器

特色功能

• 8个大电流驱动管脚，每个管脚支持灌入最大电流为120mA

APT32F171在电机应用中的实例：

模块框图：

使用APT32F171系列产品高速风筒方案框图

应用特点：

• 电压范围：AC160V~220V,功率范围：50W~150W

• 闭环方式：速度闭环 功率闭环

• 控制方式：双电阻无感FOC控制

• 功率闭环：波动小于0.5%（50W~150W）

• 速度闭环：波动小于0.4%（10000RPM~80000RPM）

• 电机从静止到最高转速只需0.5s，启动平稳不抖动

• 精准恒温控制

• 硬件PID温度控制，可实现300次/s温度检测，温度控制精度小于1°

• 通过匹配吸入功率，实时检测电机运行状态，实现堵风口精确报警

• 过欠压保护，过流保护，堵转保护，缺相保护，功率保护，启动保护

• 控制板电路简单，元器件少，降低成本，提高系统可靠性

• 使用内部集成的运算放大器，减少外围器件，增益可配置，降低成本，灵活性高

• 最快转换速率1MSPS的12位ADC，内部高精度电压参考源，保证精准的ADC采集，采样精准，控制更稳定，安全性提高

APT32F171电机评估板示意图

APT32F171不仅性能优越，还具备超高可靠性。APT32F171系列产品均经过严苛的产品测试验证和工业级的可靠性测试，以确保产品的高品质交付。目前APT32F171系列可提供5种封装10个型号。另外，爱普特还可提供从芯片到程序代码库、开发套件、量产烧录、设计方案等完整成熟的工具链支持，致力于为用户打造易开发的产品生态，帮助客户快速提升产品竞争力。

目前APT32F171已正式量产出货，并可提供样品，更多数据资料或样品申请，可联系爱普特微电子获取。

本文导读

NXP推出的S32K3XX系列微控制器在电机控制方面具有丰富的外设资源，相比较上个系列S32K1xx来说，控制方式有明显的不同。S32K3xx微控制器通过eMIOS、LCU、BCTU和ADC等硬件外设对电机实现控制，显得更加灵活和方便。

NXP S32K3xx系列微控制器，相比较上个系列S32K1xx来说存在着诸多亮点，从主频，外设资源、安全等级以及安全加密等都有很大的提升。虽然S32K3是S32K1的升级版，但是很多外设以及功能实现方式却完全不同。单纯从电机控制方面来说，S32K3xx硬件外设eMIOS、LCU、BCTU和ADC的组合方式，相比较S32K1xx的FTM、PDB和ADC明显不同，对电机的控制更加灵活方便。

S32K3xx系列微控制器具有生成PWM、输入捕获和输出比较功能的eMIOS、可以自由灵活配置的小型FPGA外设LCU、专门为了方便控制ADC触发的BCTU和多路ADC通道。S32K3这些硬件资源足以对PMSM、BLDC和ACIM等电机进行控制。下面一起来了解S32K3xx eMIOS、LCU、BCTU和ADC外设的功能介绍。

eMIOS

eMIOS（Enhanced Modular IO Subsystem，增强型模块化IO子系统），该外设主要用于生成PWM、捕获外部信号和输出比较。eMIOS内部有计数总线机制，可以支持各通道使用不同的时钟频率计数，且每个通道都是独立，可以自由配置各种模式。
eMIOS通道可以配置的模式按照功能可以分类如下：

以S32K344举例，其具有3个eMIOS实例，每个emios实例具有24个通道，每个通道有四种通道类型（X、Y、G和H）区分，比如Y类型通道就只支持SAIC\ SAOC\ OPWMB\ OPWMT功能，其他通道类型支持的模式可以在用户手册自行查找。
但并不是所有模式只要一个通道配置成该模式，该模式功能就可以实现的。有些模式是需要用另一个通道配置成计数总线模式，用另一个通道给该模式提供时钟频率，该模式才可以正常工作。比如以OPWMT模式为例，手册规定OPWMT模式时钟必须是由MC或者MCB模式通道提供，所以就需要将一个通道配置成MC或者MCB模式去提供时钟，另一个通道配置成OPWMT模式才能起作用。

LCU

LCU(Logic Control Unit，逻辑控制单元)， LCU用于创建小型组合时序逻辑电路，该外设主要是与eMIOS或者SIUL2外设组合使用，将eMIOS生成的PWM或者SIUL2输入的电平经过LCU进行查表操作，从而输出对应的PWM或者电平。因为LCU可以理解为一个FPGA，其实现逻辑电路的灵活性也给电机控制提供了更多可能性。
一个LCU内部由3个LC组成，一个LC具有4个输入和4个输出，同时还具有强制控制功能，如图1所示。LC将输入的信号，通过查找表(LUT)产生输出信号，可以通过TRGMUX给到对应的外设，而查找表(LUT)就是LCU的核心内容，可由软件自由设置。用户可以使用LCU编程为与或非和异或等逻辑器件，也可以编程为S-R触发器，D触发器，JK触发器，增量编码器以及ACIM、PMSM和BLDC电机控制器。

图1  LCU内部框图

eMIOS+LCU组合使用

eMIOS和LCU的组合使用需要借助TRGMUX进行连接。以产生互补的PWM为例，如图2所示，eMIOS产生的PWM，通过TRGMUX连接到LCU其中一个LC的输入，LC内部进行查表，从而在LC的输出端产生一对互补的PWM波形。

图2 eMIOS和LCU组合使用

这上面只是eMIOS+LCU的一个应用，还可以有其他的应用方式，具体要根据实际场景进行使用。

ADC

S32K3XX系列微控制器ADC具有可选分辨率：8/10/12/14 bit，转化结果始终为15bit宽；在80MHz转化时钟下采样和转化时间约为1us，即高达1M samples/sec，且转化精度为+/-6LSB。

S32K3XX系列微控制器最多有3个ADC，每个ADC具有8个精密通道，16个标准通道，和最多支持32路外部通道，这三种通道的转化优先级顺序为：精密通道>标准通道>外部通道。其中精密通道和标准通道是实实在在可以在芯片引脚上可以找到复用引脚的，但外部通道却不一样，看手册描述一个ADC支持32路外部通道ADC，但看说手册发现一个ADC的外部通道输入引脚就只有4个，那么怎么支持32路外部通道呢？
每个ADC提供三个外部解码信号(“MA”)，用于从外部多路选择器选择一个通道（最多八个）输入到ADC的外部通道引脚，如图3所示。因为一个ADC有4个外部通道输入引脚，就可以有四个8通道数据选择器，所以最多连接32个外部通道。需要注意的是，ADCx_MA是格雷编码的，因此它不会从0到7连续计数，它计数顺序为0、1，3，2，6，7，5，4。

图3  ADC外部通道硬件实现框图

ADC支持三种转化模式：

• 正常转换：支持一次转换和连续转换。

• 注入转换：仅支持单次转换。注入转换可以在一组输入通道已经开始转化的过程中，注入另一组输入通道进行转换。

• BCTU转换：由BCTU外设触发ADC，每次触发运行一次转换，转化支持单一和列表转化。

BCTU

BCTU(Body Cross-triggering Unit)，BCTU外设可以理解就是为了方便控制ADC触发的外设。BCTU用于接收ADC转化请求触发输入，将请求路由到一个或多个ADC。BCUT触发源有三种方式：eMIOS定时器通道；TRGMUX输入和软件触发。BCTU具有多个并行转换功能，可以同时触发3个ADC同时进行转化，使用eMIOS同时触发ADC的框图如图4所示：

图4 BCTU同时触发多个ADC

并且，BCTU还具有对ADC通道有重复触发的功能，支持单个通道转化多次、单个触发产生一连串的转化、以及转化过程中暂停，等另一个触发过来再转化等功能，同时每个ADC具有两个FIFO来缓存ADC转化结果。

应用场景

如图5所示是S32K3xx外设硬件对带霍尔传感器的无刷直流电机BLDC的控制框图。

图5 S32K3xx对BLDC的控制框图

图中①路径是通过“eMIOS-TRGMUX-LCU”输出六路三相PWM，从而给到三相无刷电机预驱动器对电机进行控制；

图中②路径是通过“TRGMUX-LCU-TRGMUX-eMIOS”获取霍尔传感器的速度，通过TRGMUX和LCU结合，实现了根据霍尔信号硬件自动换向的，无需内核的干预。
图中③路径是通过“eMIOS-BCTU-ADC”或者eMIOS重装载时通过“EMIOS-TRGMUX-BCTU-ADC”触发ADC采集外部电压。

RX66T作为RX62T/RX62G/RX63T的后续产品于2018年11月推出，是一款适用于逆变器控制的产品。以RX66T为代表的RX-T系列主要用于空调外机和工业逆变器，在逆变器控制领域享有较高的评价。近年来，还广泛用于UPS、太阳能逆变器和EV充电器等电源控制应用中。——Kohei Aida（Senior Manager, Product Marketing）

瑞萨通过不断向社会推出符合客户需求的优质产品，为客户的创新做出了贡献。

这一次，某RX长期客户要求我们为高性能单电机控制提供最佳器件方案，用于下一代平台。从高性能和高功能的角度来看，RX66T是非常理想的候选方案，但本项目需要小型封装（48pin），以便将部件布置到现有的有限空间中，而RX66T最小的封装阵容只能达到64pin。因此，在客户需求的推动下，我们开发了RX66T的48pin产品。

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