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  電子水泵是汽車熱管理系統(tǒng)的關鍵部件。電子水泵由無刷電機帶動葉輪旋轉，使液體壓力升高，帶動水、冷卻液等液體進行循環(huán)，從而實現(xiàn)冷卻液散熱。電子水泵主要用于車輛預熱系統(tǒng)、汽車發(fā)動機冷卻循環(huán)、氫燃料電池熱管理系統(tǒng)、新能源汽車驅(qū)動系統(tǒng)、電動汽車電池冷卻系統(tǒng)，是汽車熱管理系統(tǒng)的關鍵部件。

  隨著新能源汽車滲透率提升，電動水泵取代機械水泵是大勢所趨，汽車熱管理系統(tǒng)中的水泵可以分為機械水泵和電動水泵。相較于傳統(tǒng)的機械水泵電子水泵是指采用壓電材料作為動力裝置，通過電子集成系統(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、冷卻控制效果好等特點，可廣泛應用于燃油汽車、新能源汽車、傳統(tǒng)發(fā)動機高端車型、渦輪增壓發(fā)動機車型等領域，而傳統(tǒng)機械水泵僅能應用于中低端汽車領域。

  電子水泵性能更優(yōu)、應用領域更廣的特點決定了其替代傳統(tǒng)機械水泵是大勢所趨。與傳統(tǒng)燃油車只需配備一個機械水泵情況不同，由于需要對三電系統(tǒng)進行精確溫度控制，新能源汽車每車需要2-5個電子水泵。近年來，在國內(nèi)電子水泵替代傳統(tǒng)水泵趨勢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年中國電子水泵行業(yè)市場深度調(diào)研及發(fā)展前景預測報告》顯示，2021年我國電子水泵市場規(guī)模為12.5億元，同比增長22.5%。

  與傳統(tǒng)機械水泵相比，電子水泵性能更優(yōu)、應用領域更廣，是未來汽車水泵市場發(fā)展最具潛力的產(chǎn)品之一。未來在國內(nèi)雙碳目標持續(xù)推進背景下，新能源汽車產(chǎn)銷規(guī)模將不斷擴大，進而帶動電子水泵市場需求不斷增加，行業(yè)發(fā)展?jié)摿薮蟆５捎诔杀据^高，目前國內(nèi)電子水泵市場滲透率還比較低，未來企業(yè)還需不斷更新生產(chǎn)設備、積累技術經(jīng)驗、提高生產(chǎn)水平，促使生產(chǎn)成本不斷降低，進而帶動其滲透率不斷提升，行業(yè)發(fā)展空間巨大。

  風算WP 12V汽車水泵方案基于GD32A503車規(guī)級MCU作為主控芯片，搭載GD30DR8306系列三相柵極驅(qū)動器，針對強算力需求采用高動態(tài)性能FOC算法、可滿足多種實時通訊需求、可同時控制2臺BLDC/PWSM、支持多種無傳感器算法，針對主流/成本需求采用FOC矢量控制、單電阻或三電阻采樣、可同時控制電機+PFC、無傳感器算法、方波控制，實現(xiàn)無感單/多電阻FOC的驅(qū)動和調(diào)速功能的解決方案。

  風算的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)動板。

  ■ 12V汽車水泵驅(qū)動板：圍繞兆易創(chuàng)新車規(guī)級MCU A503為核心設計的12V汽車水泵驅(qū)動板，此驅(qū)動板充分利用了A503強大的核心資源;MCU通過PWM實現(xiàn)與integrated power stage的信號連接，可直接驅(qū)動MOS管，實現(xiàn)三相無刷電機的單/多電阻 FOC 控制;該驅(qū)動板可驅(qū)動12V BLDC可應用于電子水泵、電子油泵、電子冷卻風扇、電子渦輪增壓器、電動助力轉向(EPS)等等;

  本解決方案電路設計配置簡單、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)級微控制器，該系列產(chǎn)品以均衡的處理性能、豐富的外設接口和增強的安全等級，為多種電氣化車用場景提供主流解決方案，遵循車規(guī)級設計理念和生產(chǎn)標準，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景，如車窗、雨刷、空調(diào)、智能車鎖、電動座椅、電動后備箱、氛圍燈、動態(tài)尾燈等車身控制系統(tǒng)、車用照明系統(tǒng)和電機電源系統(tǒng)，以及儀表盤、車載影音、娛樂音響、中控導航、車載無線充等智能座艙系統(tǒng)。得益于出色的安全監(jiān)測機制，GD32A503也適用于部分ADAS輔助駕駛系統(tǒng)，如環(huán)視攝像頭、AVAS聲學警報系統(tǒng)等。

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

  ■ 遵循AEC-Q100 Grade 1可靠性和安全性標準

  ■ Arm Cortex-M33 32位處理器核心

  ■ Flash：128KB/256KB/384KB

  ■ SRAM: 24KB/32KB/48KB

  ■ 提供兩個12bits ADC，一個DAC，一個比較器，最多一個通用的16位計時器，兩個基本計時器，四個PWM高級計時器

  ■ 工作頻率高達100 MHz，閃存訪問0~3等待時間，以獲得最大效率

  ■ 標準和高級通信接口: 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請求多路復用器(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)動器

  ■ 4.5V-30V供電電壓;

  ■ 可編程驅(qū)動電流，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

  ■ 三相無刷電機驅(qū)動

  ■ 3.3V和5V數(shù)字接口

  ■ 智能高側和低側回轉率控制

  因該產(chǎn)品需要硬件在工作中進行監(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。低壓和高壓進行不工作保護;

  ■ 電流：驅(qū)動芯片集成電流保護，確保LED正常工作;

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

  ■ 診斷功能: 集成LED開路，短路診斷功能;

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

  ■ 電流：集成電流保護，MOSFET直通保護，確保電機正常工作

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

  ■ 診斷功能: 集成電機開路，短路診斷功能

  技術參數(shù)

  方案展示

  12V汽車水泵驅(qū)動板