— 針對三相無刷直流電機控制的低速無感測器控制技術 —

日本川崎--(美國商業資訊)-- Toshiba Electronic Devices & Storage Corporation (“Toshiba”)已啟動「TB9M030FG」的工程樣品出貨，該產品是其「SmartMCD™」[1]馬達控制元件系列的最新成員。這款新元件整合了微控制器(MCU)和馬達驅動器，並搭載適用於三相無刷直流電機低速運行的無感測器控制技術。TB9M030FG適用于汽車應用中三相無刷直流電機的無感測器控制，例如電子水泵、電子油泵、電子風扇和電子鼓風機等。

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隨著水泵、油泵和風扇等汽車系統的電氣化持續推進，汽車廠商對更小型、更高效和更靜音的馬達需求日益提升。與此同時，隨著車載電子控制單元(ECU)[2]數量不斷增加，降低元件數量、盡可能縮小電路板空間變得愈發重要，這也推動了對整合MCU和馬達控制閘極驅動器的高整合度元件的需求持續成長。

三相無刷直流電機的無感測器控制面臨低速下轉子位置精準偵測的難題，這催生了對於高效能無感測器磁場定向控制(FOC)[3]技術的強勁需求，該技術能夠實現從零速[4]開始的穩定控制。

TB9M030FG整合了以Arm® Cortex®‑M0內核為基礎的MCU、快閃記憶體、用於控制和驅動三相無刷直流電機N溝道功率MOSFET的閘極驅動器、區域互連網路(LIN)[5]收發器，以及可在汽車電池電壓水準下運行的電源系統，全部封裝在典型尺寸為9×9公釐的QFP48小型封裝中。這種高整合度有助於ECU小型化和減少元件數量。

這款新MCD還搭載了Toshiba專有的向量引擎硬體，可降低FOC馬達控制應用中的CPU工作負載和軟體程式大小。Toshiba為低速運行開發的無感測器控制技術在配合凸極馬達[6]使用時，可實現從零速到低速區間的無位置感測器FOC控制。該方案消除了標準高頻訊號注入法[7]因諧波注入產生的噪音，同時讓馬達運行更安靜。

TB9M030FG符合汽車電子認證標準AEC Q100[8]（0級）。

TB9M030FG的特性有助於汽車系統小型化和減少元件數量，同時實現更先進、更精密的馬達控制，適用於廣泛的汽車馬達應用場景。

Toshiba將持續擴充SmartMCD™系列的產品陣容，將汽車系統所需的功能融入其中，從而為汽車系統小型化和降低元件數量貢獻力量。

註：

[1]

Smart MCD：Toshiba Electronic Devices & Storage Corporation開發的汽車馬達控制驅動器(MCD)系列，將馬達驅動器和微控制器整合在單一元件中。

[2]

電子控制單元(ECU)：對安裝在汽車系統中的電子控制單元的統稱。

[3]

磁場定向控制(FOC)：一種典型的向量控制方法（將馬達轉矩和磁通做為正交分量獨立控制的控制方法），利用馬達的旋轉參考系（dq坐標系）獨立控制磁通分量（d軸）和轉矩分量（q軸）。

[4]

零速：馬達通電並處於主動控制狀態，但轉速為零的狀態。

[5]

區域互連網路(LIN)：一種序列通訊協議，主要用於汽車中電子控制單元(ECU)之間的通訊。

[6]

凸極馬達：一種三相無刷直流電機，其轉子具有磁各向異性，導致d軸和q軸電感存在差異(Ld ≠ Lq)，可透過馬達內部磁阻差異產生磁阻轉矩。

[7]

高頻訊號注入法：一種無感測器控制方法，在用於驅動馬達的基波波形上疊加並注入高頻電壓（或電流）訊號以偵測轉子位置。

[8]

AEC-Q100：由汽車電子委員會制定的汽車電子認證標準，涵蓋汽車電子元件，尤其是積體電路(IC)的可靠性和品質。

應用場景

汽車裝置

  • 電子水泵
  • 電子油泵
  • 電子風扇
  • 電子鼓風機等

產品特點

  • 三相無刷直流電機的無感測器控制閘極驅動IC（內建電荷泵電路）
  • 32位元MCU (Arm® Cortex®‑M0)，工作頻率40 MHz（內建低速和高速振盪器）
  • 內建帶ECC[9]的記憶體
    程式快閃記憶體：64KB；ROM：12KB；RAM：4KB
  • 內建用於FOC控制的向量引擎(VE)和可程式化馬達驅動器(PMD)[10]
  • 內建單分流電阻電流偵測放大器[11]、12位A/D轉換器和10位A/D轉換器
  • 配合凸極馬達使用時，可實現從零速到低速運行區間的無位置感測器FOC控制

註：

[9]

內建錯誤更正碼(ECC)功能支援1位元錯誤更正(SEC)和2位元錯誤偵測(DED)。

[10]

可程式化馬達驅動器：一種馬達控制硬體模組，可生成脈衝寬度調製(PWM)訊號、控制電流導通並進行硬體故障偵測，從而降低馬達控制所需的處理負載。

[11]

單分流電阻電流偵測放大器：透過電流偵測分流電阻和電流偵測放大器間接估算馬達電流。

 

主要規格

零件編號

TB9M030FG

適用馬達

三相無刷直流電機

主要功能

單分流電阻電流偵測放大器，

無感測器FOC控制硬體和方波控制硬體（VE、PMD、ENC[12]）

LIN實體層：1通道（僅應答器）

通訊方式

可選LIN通訊 / PWM通訊[13]、UART、SPI

主要錯誤偵測

低電壓偵測（Vcc（生成5V）），

過電壓偵測（Vdd（生成1.5V），

熱關斷、過電流偵測，

外部功率MOSFET的開路/短路故障偵測等

絕對
最大
額定值

電源電壓
Vbat (V)

-0.3至+40

工作
範圍

電源電壓
Vbat (V)

6至18

工作溫度
Topr (°C)

Ta=-40至+150

Tj=-40至+175

封裝

名稱

P-HTQFP48-0707-0.50-002

尺寸(mm)

典型值

9.0×9.0

可靠性

通過AEC-Q100（0級）認證

量產

2027年1月（計畫）

       

 

註：

[12]

編碼器輸入電路(ENC)：接收編碼器訊號以偵測馬達運行狀態（包括位置、轉速和旋轉方向）的電路。

[13]

PWM通訊：一種以脈衝寬度調製(PWM)訊號的占空比（脈衝寬度）做為模組間通訊主要資訊的通訊方法。

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TB9M030FG

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類比元件

* Arm和Cortex是Arm Limited或其子公司在美國和/或其他地區的註冊商標。
* SmartMCD™是Toshiba Electronic Devices & Storage Corporation的商標。
* 其他公司名稱、產品名稱和服務名稱可能是其各自公司的商標。
* 本文件中的資訊（包括產品價格和規格、服務內容和聯絡方式）為公告發表之日的最新資訊，但如有更改，恕不另行通知。

關於Toshiba Electronic Devices & Storage Corporation

Toshiba Electronic Devices & Storage Corporation是先進半導體和儲存解決方案的領先供應商，憑藉半個多世紀的經驗和創新，為客戶和業務合作夥伴提供卓越的分立半導體、系統LSI和HDD產品。

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