TLE9893-150W汽車冷卻液泵參考設計指南解析

一、引言

在汽車電子領域，冷卻液泵和油泵等應用對于電機驅動設計有著嚴格的要求，如高效能、小體積、良好的電磁兼容性等。英飛凌的TLE9893-150W參考設計為我們提供了一個優秀的解決方案，下面將詳細介紹該設計的各個方面。

文件下載：Infineon Technologies REF_COOLANTPUMP150W參考設計.pdf

二、設計概述

設計核心

這份英飛凌參考設計指南詳細描述了一款汽車冷卻液泵的實現方案。它采用了MOTIX? MCU嵌入式功率IC系列的三相電機驅動器TLE9893作為無刷直流（BLDC）電機控制器。同時，使用了SSO8封裝的三個半橋MOSFET來實現無傳感器磁場定向控制（FOC）的冷卻液泵控制。涉及到的主要元件有TLE9893 - 2QKW62s、IAUCN04S7N020D、IPZ40N04S5 - 3R1。

應用場景

該設計適用于冷卻液泵、油泵等12V應用的150W BLDC電機。其亮點在于能夠在12V電池電壓下驅動高達150W的負載，并且設計指南包含了設計描述、原理圖和測量報告，還針對電磁兼容性（EMC）按照CISPR25標準進行了測試，同時給出并討論了熱性能信息。

三、設計規格

系統參數

熱參數

電磁兼容性

傳導發射需符合CISPR25標準，頻率范圍為150 kHz - 108 MHz。

機械規格

PCB尺寸為66mm x 66 mm x 12 mm（寬x深x高）。

四、整體架構

設計采用FR4 4層電路板，除了其他元件外，還包含三個SSO8半橋MOSFET、一個用于有源反極性保護的TSDSON - 8 MOSFET、一個集成三相柵極驅動器和一個分流電阻。所有有源元件都經過精心布局，以在PCB的整個區域分散熱量。分流電阻是一個額外的熱源，因為它收集了橋路三條支路的所有回流電流。由于PCB僅在頂部安裝了表面貼裝元件，因此可以直接將電路板連接到泵殼，以實現優化的冷卻效果。

五、亮點產品

OptiMOS - 7? 40 V SSO8 (PG - TDSON - 8 - 60) MOSFET

這種雙SSO8封裝在5 × 6 mm2的占地面積下提供了60A的高電流能力。結合英飛凌領先的OptiMOS - 7? 40 V功率MOS技術，它能夠滿足并超越汽車BLDC和H橋應用的能效和功率密度要求。憑借英飛凌強大的SSO8封裝技術，可實現極小且高效的系統設計，其RDS(on)低至1.9 mΩ。

3相橋驅動器IC與集成Arm? Cortex? - M3

TLE989x系列適用于各種智能三相無刷直流電機控制應用，如冷卻液泵、風扇和一般BLDC電機應用，這些應用需要空間受限的解決方案和CAN - FD通信。它提供了無與倫比的集成度和系統成本優化，以滿足目標應用的需求。此外，它在閃存大小和MCU系統時鐘頻率方面具有可擴展性，支持基于傳感器或無傳感器的各種電機控制算法。

OptiMOS - 5? 40 V SSO8 (PG - TDSON - 8 - 33) MOSFET

SSO8封裝在3.3 × 3.3 mm2的占地面積下提供了40A的高電流能力。結合英飛凌的OptiMOS - 5? 40V功率MOS技術，它能夠滿足并超越汽車BLDC和H橋應用的能效和功率密度要求。得益于英飛凌強大的S3O8無引腳封裝技術，可實現極小且高效的系統設計，其RDS(on)低至2.8 mΩ。

六、性能測試

開關特性

在測試過程中測量了HB3（低側MOSFET）的開關波形。

元件自熱

有源元件是參考設計中功率耗散的主要來源，其中TLE9893和半橋MOSFET的損耗最為顯著。TLE9893的損耗主要來自電荷泵、柵極驅動器和內部（CPU、PMU）；IAUC60N04S7N020D的損耗主要是開關損耗和傳導損耗。

傳導發射

• 電機關閉狀態：在此條件下，參考設計由13.5V供電，TLE9893 - 2QW62S的微控制器執行代碼，但不控制電機。僅在MOSFET橋驅動器和電荷泵禁用時顯示傳導發射的峰值（PK）和平均值（AV）。
• 電機開啟狀態：測試期間，參考設計通電，TLE9893 - 2QTW62S的微控制器執行代碼并啟用擴頻功能。電機以2000 rpm、5000 rpm、7000 rpm和8000 rpm的轉速旋轉，同時啟用MOSFET橋驅動器。

七、注意事項

評估板和參考板的使用限制

評估板和參考板僅用于支持應用設計師評估英飛凌科技產品在預期應用中的使用。這些板未經過全面的安全要求、整個工作溫度范圍或使用壽命的制造和操作資格認證，也未經過與常規產品相同的退貨材料分析（RMA）、工藝變更通知（PCN）和產品停產（PD）程序。它們不是商業化產品，僅用于評估和測試目的，不應用于可靠性測試或生產。

電磁兼容性和標準合規性

評估板和參考板可能不符合CE或類似標準（包括但不限于EMC指令2004/EC/108和EMC法案），客戶有責任確保其使用方式符合所在國家的所有相關要求和標準。

安全應用限制

評估板和參考板不應用于危及生命的應用，如醫療、核、軍事、生命關鍵或其他應用，因為這些應用中評估板和參考板的故障或使用結果可能導致人身傷害。

八、總結

英飛凌的TLE9893 - 150W參考設計為汽車冷卻液泵和油泵等應用提供了一個全面且優秀的解決方案。它在元件選擇、布局設計、性能測試等方面都有出色的表現，但在使用評估板和參考板時，工程師們需要充分了解其使用限制和注意事項，以確保設計的可靠性和安全性。大家在實際應用中，是否遇到過類似設計在散熱或電磁兼容性方面的挑戰呢？歡迎在評論區分享你的經驗。