TLE9893-150W汽车冷却液泵参考设计指南解析

一、引言

在汽车电子领域，冷却液泵和油泵等应用对于电机驱动设计有着严格的要求，如高效能、小体积、良好的电磁兼容性等。英飞凌的TLE9893-150W参考设计为我们提供了一个优秀的解决方案，下面将详细介绍该设计的各个方面。

文件下载：Infineon Technologies REF_COOLANTPUMP150W参考设计.pdf

二、设计概述

设计核心

这份英飞凌参考设计指南详细描述了一款汽车冷却液泵的实现方案。它采用了MOTIX™ MCU嵌入式功率IC系列的三相电机驱动器TLE9893作为无刷直流（BLDC）电机控制器。同时，使用了SSO8封装的三个半桥MOSFET来实现无传感器磁场定向控制（FOC）的冷却液泵控制。涉及到的主要元件有TLE9893 - 2QKW62s、IAUCN04S7N020D、IPZ40N04S5 - 3R1。

应用场景

该设计适用于冷却液泵、油泵等12V应用的150W BLDC电机。其亮点在于能够在12V电池电压下驱动高达150W的负载，并且设计指南包含了设计描述、原理图和测量报告，还针对电磁兼容性（EMC）按照CISPR25标准进行了测试，同时给出并讨论了热性能信息。

三、设计规格

系统参数

参数	符号	最小值	典型值	最大值	单位	注释
输入电压	Vs_max	-0.3		30	V	设计指定
功能输入电压	VIN	7	13.5	18	V	根据冷却液泵规格指定
峰值输入电流	IN			15	A	峰值电流(<10 s)
标称输入电流	IN		9		A	设计指定(7000 rpm)
CAN接口	VCAN	-27		40	V	P_GEN_03_01 (TLE989x/8x数据手册)
相1,2,3	VSH	-8		48	V	P_GEN_02_05 (TLE989x/8x数据手册)

热参数

参数	符号	最小值	典型值	最大值	单位	注释
工作温度	TA	-40	25	120	℃	设计指定

电磁兼容性

传导发射需符合CISPR25标准，频率范围为150 kHz - 108 MHz。

机械规格

PCB尺寸为66mm x 66 mm x 12 mm（宽x深x高）。

四、整体架构

设计采用FR4 4层电路板，除了其他元件外，还包含三个SSO8半桥MOSFET、一个用于有源反极性保护的TSDSON - 8 MOSFET、一个集成三相栅极驱动器和一个分流电阻。所有有源元件都经过精心布局，以在PCB的整个区域分散热量。分流电阻是一个额外的热源，因为它收集了桥路三条支路的所有回流电流。由于PCB仅在顶部安装了表面贴装元件，因此可以直接将电路板连接到泵壳，以实现优化的冷却效果。

五、亮点产品

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

这种双SSO8封装在5 × 6 mm²的占地面积下提供了60A的高电流能力。结合英飞凌领先的OptiMOS - 7™ 40 V功率MOS技术，它能够满足并超越汽车BLDC和H桥应用的能效和功率密度要求。凭借英飞凌强大的SSO8封装技术，可实现极小且高效的系统设计，其RDS(on)低至1.9 mΩ。

3相桥驱动器IC与集成Arm® Cortex® - M3

TLE989x系列适用于各种智能三相无刷直流电机控制应用，如冷却液泵、风扇和一般BLDC电机应用，这些应用需要空间受限的解决方案和CAN - FD通信。它提供了无与伦比的集成度和系统成本优化，以满足目标应用的需求。此外，它在闪存大小和MCU系统时钟频率方面具有可扩展性，支持基于传感器或无传感器的各种电机控制算法。

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

SSO8封装在3.3 × 3.3 mm²的占地面积下提供了40A的高电流能力。结合英飞凌的OptiMOS - 5™ 40V功率MOS技术，它能够满足并超越汽车BLDC和H桥应用的能效和功率密度要求。得益于英飞凌强大的S3O8无引脚封装技术，可实现极小且高效的系统设计，其RDS(on)低至2.8 mΩ。

六、性能测试

开关特性

在测试过程中测量了HB3（低侧MOSFET）的开关波形。

元件自热

有源元件是参考设计中功率耗散的主要来源，其中TLE9893和半桥MOSFET的损耗最为显著。TLE9893的损耗主要来自电荷泵、栅极驱动器和内部（CPU、PMU）；IAUC60N04S7N020D的损耗主要是开关损耗和传导损耗。

传导发射

• 电机关闭状态：在此条件下，参考设计由13.5V供电，TLE9893 - 2QW62S的微控制器执行代码，但不控制电机。仅在MOSFET桥驱动器和电荷泵禁用时显示传导发射的峰值（PK）和平均值（AV）。
• 电机开启状态：测试期间，参考设计通电，TLE9893 - 2QTW62S的微控制器执行代码并启用扩频功能。电机以2000 rpm、5000 rpm、7000 rpm和8000 rpm的转速旋转，同时启用MOSFET桥驱动器。

七、注意事项

评估板和参考板的使用限制

评估板和参考板仅用于支持应用设计师评估英飞凌科技产品在预期应用中的使用。这些板未经过全面的安全要求、整个工作温度范围或使用寿命的制造和操作资格认证，也未经过与常规产品相同的退货材料分析（RMA）、工艺变更通知（PCN）和产品停产（PD）程序。它们不是商业化产品，仅用于评估和测试目的，不应用于可靠性测试或生产。

电磁兼容性和标准合规性

评估板和参考板可能不符合CE或类似标准（包括但不限于EMC指令2004/EC/108和EMC法案），客户有责任确保其使用方式符合所在国家的所有相关要求和标准。

安全应用限制

评估板和参考板不应用于危及生命的应用，如医疗、核、军事、生命关键或其他应用，因为这些应用中评估板和参考板的故障或使用结果可能导致人身伤害。

八、总结

英飞凌的TLE9893 - 150W参考设计为汽车冷却液泵和油泵等应用提供了一个全面且优秀的解决方案。它在元件选择、布局设计、性能测试等方面都有出色的表现，但在使用评估板和参考板时，工程师们需要充分了解其使用限制和注意事项，以确保设计的可靠性和安全性。大家在实际应用中，是否遇到过类似设计在散热或电磁兼容性方面的挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验。