S12ZVM-EFP燃油泵方案介绍

摘要：燃油泵是汽车内非常重要的一个部件，目前绝大部分的电动燃油泵都是采用直流有刷电机来控制的，但基于无刷直流电机的电动燃油泵越来越受欢迎，特别是在高端品牌汽车。本方案可以满足这个开发需求。

一、S12ZVM-EFP方案介绍

本方案以S12ZVML128为主控，S12ZVM系列产品是NXP推出的汽车级电机控制单芯片集成方案，其将微处理器、电源、驱动及各种模拟外设集成在一起，最大化节省PCB尺寸，集成度非常高，稳定可靠，既有单电阻方案、也有双电阻方案，是EFP(电动燃油泵)、冷却风扇、暖通风机等PMSM/BLDC电机应用的绝佳选择。本方案主要特点如下：

1)支持12V电源输入，支持功率高达250W电机控制系统;

2)支持FOC控制，包括双电阻采样和单电阻采样;

3)可稳定快速启动，从静止到额定速度满足严格的启动时间<150ms;

4)电流闭环I/F启动和初始位置检测算法以保证成功启动;

5)燃油泵系统通过了电源电压突变、负载突变、速度指令跳变和温升试验，可靠性高;

6)支持多种诊断和保护，包括UV(欠压)、OV(过压)、OT(过温)、OC(过流)、短路、失速检测等;

7)支持LIN/PWM的控制转速;

上图是本方案的demo板，本方案是为燃油泵量身打造，其中包含四大亮点，可以让客户快速完成开发验证!

二、重要亮点详细介绍

1. 亮点1：集成度高

本方案集成度较高，主要原因是S12ZVM系列产品集成度较高，上图是S12ZVM芯片资源框图，将16bit S12Z内核与高电压模拟组件集成在一颗芯片上，包括一个电源稳压器LDO、电荷泵、高低边驱动、运放和LIN的物理层等。MCU主频最高可到100MHz、总线速率最高可达50MHz，耐压高达40V，用户能够将高电压信号和电源直接连接到MCU上。Flash 容量从16KB到256KB，整个EEPROM、Flash、RAM都有带ECC校验和保护，可以做到功能安全ISO26262，环境温度可达150℃(Grade 0)，结温可达175℃。

基于S12ZVM的特性，可以将PCB控制在较小的尺寸内!

2. 亮点2：保护机制充足

失速检测

拥有专利US20170126153A1来检测失速情况，该专利采用BEMF一致性检测方法来检测，主要原理是检查两个BEMF的一致性。如果观测器输出Eq与电机转速不成线性关系，说明观测器工作不正常，表明电机处于失速状态。

OC, OV, UV, OT保护

· 过流保护，有两种检测方法，一种是使用GDU的比较器生成OC事件;另一种方法是通过软件检查;

· 电压检测，如果电源超出正常范围，GDU会产生OV和UV事件;

· 过温检测，芯片内部有温度传感器可对S12ZVM进行温度采样。它可以有效监控ECU的温度，当温度过高时触发OT事件。

3. 亮点3：启动方式快速、可靠

电流闭环的I-F启动(一种过渡到q轴的d轴启动方法)和初始位置检测(IPD)算法确保启动的稳定性。

经测试，S12ZVM-EFP demo启动高达8000 rpm，时间为107.6 ms，满足燃油泵的核心难点需求!

4. 亮点4：软件编写方式灵活、简单

软件框架如上图所示，最底层是硬件驱动层，其次是LLD和中间件，其中包括关键的电机控制外围驱动，如CPMU、ADC、GDU、PMF和PTU。最上层是应用软件，包括用户APP、通信栈(LIN和PWM)和电机控制。用户可以在应用程序层中添加自己的代码，通过使用电机控制API来驱动油泵或其他BLDC/PMSM。