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  電子水泵是汽車熱管理系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。電子水泵由無(wú)刷電機(jī)帶動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)，使液體壓力升高，帶動(dòng)水、冷卻液等液體進(jìn)行循環(huán)，從而實(shí)現(xiàn)冷卻液散熱。電子水泵主要用于車輛預(yù)熱系統(tǒng)、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻循環(huán)、氫燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)、新能源汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、電動(dòng)汽車電池冷卻系統(tǒng)，是汽車熱管理系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。

  隨著新能源汽車滲透率提升，電動(dòng)水泵取代機(jī)械水泵是大勢(shì)所趨，汽車熱管理系統(tǒng)中的水泵可以分為機(jī)械水泵和電動(dòng)水泵。相較于傳統(tǒng)的機(jī)械水泵電子水泵是指采用壓電材料作為動(dòng)力裝置，通過(guò)電子集成系統(tǒng)完全控制液體傳輸?shù)囊环N新型水泵。與傳統(tǒng)機(jī)械水泵相比，電子水泵具有體積小、精度高、能耗低、噪音低、可靠性高、液流率低、使用壽命長(zhǎng)、冷卻控制效果好等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于燃油汽車、新能源汽車、傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)高端車型、渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)車型等領(lǐng)域，而傳統(tǒng)機(jī)械水泵僅能應(yīng)用于中低端汽車領(lǐng)域。

  電子水泵性能更優(yōu)、應(yīng)用領(lǐng)域更廣的特點(diǎn)決定了其替代傳統(tǒng)機(jī)械水泵是大勢(shì)所趨。與傳統(tǒng)燃油車只需配備一個(gè)機(jī)械水泵情況不同，由于需要對(duì)三電系統(tǒng)進(jìn)行精確溫度控制，新能源汽車每車需要2-5個(gè)電子水泵。近年來(lái)，在國(guó)內(nèi)電子水泵替代傳統(tǒng)水泵趨勢(shì)逐漸凸顯以及新能源汽車產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展背景下，電子水泵市場(chǎng)需求不斷增加，根據(jù)新思界產(chǎn)業(yè)研究中心發(fā)布的《2022-2027年中國(guó)電子水泵行業(yè)市場(chǎng)深度調(diào)研及發(fā)展前景預(yù)測(cè)報(bào)告》顯示，2021年我國(guó)電子水泵市場(chǎng)規(guī)模為12.5億元，同比增長(zhǎng)22.5%。

  與傳統(tǒng)機(jī)械水泵相比，電子水泵性能更優(yōu)、應(yīng)用領(lǐng)域更廣，是未來(lái)汽車水泵市場(chǎng)發(fā)展最具潛力的產(chǎn)品之一。未來(lái)在國(guó)內(nèi)雙碳目標(biāo)持續(xù)推進(jìn)背景下，新能源汽車產(chǎn)銷規(guī)模將不斷擴(kuò)大，進(jìn)而帶動(dòng)電子水泵市場(chǎng)需求不斷增加，行業(yè)發(fā)展?jié)摿薮?。但由于成本較高，目前國(guó)內(nèi)電子水泵市場(chǎng)滲透率還比較低，未來(lái)企業(yè)還需不斷更新生產(chǎn)設(shè)備、積累技術(shù)經(jīng)驗(yàn)、提高生產(chǎn)水平，促使生產(chǎn)成本不斷降低，進(jìn)而帶動(dòng)其滲透率不斷提升，行業(yè)發(fā)展空間巨大。

  風(fēng)算WP 12V汽車水泵方案基于GD32A503車規(guī)級(jí)MCU作為主控芯片，搭載GD30DR8306系列三相柵極驅(qū)動(dòng)器，針對(duì)強(qiáng)算力需求采用高動(dòng)態(tài)性能FOC算法、可滿足多種實(shí)時(shí)通訊需求、可同時(shí)控制2臺(tái)BLDC/PWSM、支持多種無(wú)傳感器算法，針對(duì)主流/成本需求采用FOC矢量控制、單電阻或三電阻采樣、可同時(shí)控制電機(jī)+PFC、無(wú)傳感器算法、方波控制，實(shí)現(xiàn)無(wú)感單/多電阻FOC的驅(qū)動(dòng)和調(diào)速功能的解決方案。

  風(fēng)算的12V汽車水泵解決方案從硬件角度由一塊集成電路板組成：12V汽車水泵驅(qū)動(dòng)板。

  ■ 12V汽車水泵驅(qū)動(dòng)板：圍繞兆易創(chuàng)新車規(guī)級(jí)MCU A503為核心設(shè)計(jì)的12V汽車水泵驅(qū)動(dòng)板，此驅(qū)動(dòng)板充分利用了A503強(qiáng)大的核心資源;MCU通過(guò)PWM實(shí)現(xiàn)與integrated power stage的信號(hào)連接，可直接驅(qū)動(dòng)MOS管，實(shí)現(xiàn)三相無(wú)刷電機(jī)的單/多電阻 FOC 控制;該驅(qū)動(dòng)板可驅(qū)動(dòng)12V BLDC可應(yīng)用于電子水泵、電子油泵、電子冷卻風(fēng)扇、電子渦輪增壓器、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向(EPS)等等;

  本解決方案電路設(shè)計(jì)配置簡(jiǎn)單、靈活，其他控制外圍不需做更多的修改，硬件系統(tǒng)框圖如下所示。

  GD32A503系列MCU

  核心主控是基于GD32A503系列車規(guī)級(jí)微控制器，該系列產(chǎn)品以均衡的處理性能、豐富的外設(shè)接口和增強(qiáng)的安全等級(jí)，為多種電氣化車用場(chǎng)景提供主流解決方案，遵循車規(guī)級(jí)設(shè)計(jì)理念和生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，符合車用高可靠性和穩(wěn)定性要求。GD32A503系列MCU可以廣泛用于多種車用場(chǎng)景，如車窗、雨刷、空調(diào)、智能車鎖、電動(dòng)座椅、電動(dòng)后備箱、氛圍燈、動(dòng)態(tài)尾燈等車身控制系統(tǒng)、車用照明系統(tǒng)和電機(jī)電源系統(tǒng)，以及儀表盤(pán)、車載影音、娛樂(lè)音響、中控導(dǎo)航、車載無(wú)線充等智能座艙系統(tǒng)。得益于出色的安全監(jiān)測(cè)機(jī)制，GD32A503也適用于部分ADAS輔助駕駛系統(tǒng)，如環(huán)視攝像頭、AVAS聲學(xué)警報(bào)系統(tǒng)等。

  ■ 通過(guò)汽車行業(yè)質(zhì)量管理體系IATF 16949:2016規(guī)范認(rèn)證

  ■ 遵循AEC-Q100 Grade 1可靠性和安全性標(biāo)準(zhǔn)

  ■ Arm Cortex-M33 32位處理器核心

  ■ Flash：128KB/256KB/384KB

  ■ SRAM: 24KB/32KB/48KB

  ■ 提供兩個(gè)12bits ADC，一個(gè)DAC，一個(gè)比較器，最多一個(gè)通用的16位計(jì)時(shí)器，兩個(gè)基本計(jì)時(shí)器，四個(gè)PWM高級(jí)計(jì)時(shí)器

  ■ 工作頻率高達(dá)100 MHz，閃存訪問(wèn)0~3等待時(shí)間，以獲得最大效率

  ■ 標(biāo)準(zhǔn)和高級(jí)通信接口: I2Cx2，SPIx2，USARTx3，I2Sx1，CANx2

  ■ 觸發(fā)選擇控制器(三角形)、多功能通信接口(MFCOM)、DMA請(qǐng)求多路復(fù)用器(DMAMUX)

  ■ 供電電壓：2.7V~5.5V

  ■ 工作溫度范圍：-40~+125°C

  GD30DR8306系列三相柵極驅(qū)動(dòng)器

  ■ 4.5V-30V供電電壓;

  ■ 可編程驅(qū)動(dòng)電流，最大1A的拉電流和1.2A的灌電流

  ■ PWM輸入控制最高200kHz

  ■ 2種PWM模式(6x和3x)

  ■ 內(nèi)置5V/2A DC-DC降壓控制器

  ■ 集成 5V LDO

  ■ 三相無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)

  ■ 3.3V和5V數(shù)字接口

  ■ 智能高側(cè)和低側(cè)回轉(zhuǎn)率控制

  因該產(chǎn)品需要硬件在工作中進(jìn)行監(jiān)控，以確保安全穩(wěn)定工作：

  ■ 電壓：規(guī)定工作范圍(9V到18V)可靠工作。低壓和高壓進(jìn)行不工作保護(hù);

  ■ 電流：驅(qū)動(dòng)芯片集成電流保護(hù)，確保LED正常工作;

  ■ 溫度：片內(nèi)集成溫度傳感器，可自定義過(guò)溫關(guān)斷閾值(最高125°C);

  ■ 診斷功能: 集成LED開(kāi)路，短路診斷功能;

  ■ 電壓：規(guī)定工作范圍(9V到14V)可靠工作。低壓和高壓進(jìn)行不工作保護(hù)

  ■ 電流：集成電流保護(hù)，MOSFET直通保護(hù)，確保電機(jī)正常工作

  ■ 溫度：片內(nèi)集成溫度傳感器，可自定義過(guò)溫關(guān)斷閾值(最高125°C)

  ■ 診斷功能: 集成電機(jī)開(kāi)路，短路診斷功能

  技術(shù)參數(shù)

  方案展示

  12V汽車水泵驅(qū)動(dòng)板