— 面向三相无刷直流电机控制的低速无传感器控制技术 —
日本川崎--(美国商业资讯)-- Toshiba Electronic Devices & Storage Corporation (“Toshiba”)已启动“TB9M030FG”的工程样品出货，该产品是其“SmartMCD™”[1]电机控制器件系列的最新成员。这款新器件集成了微控制器(MCU)和电机驱动器，并搭载适用于三相无刷直流电机低速运行的无传感器控制技术。TB9M030FG适用于汽车应用中三相无刷直流电机的无传感器控制，例如电子水泵、电子油泵、电子风扇和电子鼓风机等。
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随着水泵、油泵和风扇等汽车系统的电气化持续推进，汽车厂商对更小型、更高效和更静音的电机需求日益提升。与此同时，随着车载电子控制单元(ECU)[2]数量不断增加，降低元器件数量、尽可能缩小电路板空间变得愈发重要，这也推动了对集成MCU和电机控制栅极驱动器的高集成度器件的需求持续增长。
三相无刷直流电机的无传感器控制面临低速下转子位置精准检测的难题，这催生了对于高性能无传感器磁场定向控制(FOC)[3]技术的强劲需求，该技术能够实现从零速[4]开始的稳定控制。
TB9M030FG集成了基于Arm® Cortex®M0内核的MCU、闪存、用于控制和驱动三相无刷直流电机N沟道功率MOSFET的栅极驱动器、局域互联网络(LIN)[5]收发器，以及可在汽车电池电压水平下运行的电源系统，全部封装在典型尺寸为9×9毫米的QFP48小型封装中。这种高集成度有助于ECU小型化和减少元器件数量。
这款新MCD还搭载了Toshiba专有的矢量引擎硬件，可降低FOC电机控制应用中的CPU工作负载和软件程序大小。Toshiba为低速运行开发的无传感器控制技术在配合凸极电机[6]使用时，可实现从零速到低速区间的无位置传感器FOC控制。该方案消除了标准高频信号注入法[7]因谐波注入产生的噪音，同时让电机运行更安静。
TB9M030FG符合汽车电子认证标准AEC Q100[8]（0级）。
TB9M030FG的特性有助于汽车系统小型化和减少元器件数量，同时实现更先进、更精密的电机控制，适用于广泛的汽车电机应用场景。
Toshiba将持续扩充SmartMCD™系列的产品阵容，将汽车系统所需的功能融入其中，从而为汽车系统小型化和降低元器件数量做出贡献。
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注： |
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[1] |
Smart MCD：Toshiba Electronic Devices & Storage Corporation开发的汽车电机控制驱动器(MCD)系列，将电机驱动器和微控制器集成在单一器件中。 |
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[2] |
电子控制单元(ECU)：对安装在汽车系统中的电子控制单元的统称。 |
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[3] |
磁场定向控制(FOC)：一种典型的矢量控制方法（将电机转矩和磁通作为正交分量独立控制的控制方法），利用电机的旋转参考系（dq坐标系）独立控制磁通分量（d轴）和转矩分量（q轴）。 |
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[4] |
零速：电机通电并处于主动控制状态，但转速为零的状态。 |
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[5] |
局域互连网络(LIN)：一种串行通信协议，主要用于汽车中电子控制单元(ECU)之间的通信。 |
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[6] |
凸极电机：一种三相无刷直流电机，其转子具有磁各向异性，导致d轴和q轴电感存在差异(Ld ≠ Lq)，可通过电机内部磁阻差异产生磁阻转矩。 |
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[7] |
高频信号注入法：一种无传感器控制方法，在用于驱动电机的基波波形上叠加并注入高频电压（或电流）信号以检测转子位置。 |
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[8] |
AEC-Q100：由汽车电子委员会制定的汽车电子认证标准，涵盖汽车电子元件，尤其是集成电路(IC)的可靠性和质量。 |
应用场景
汽车设备
- 电子水泵
- 电子油泵
- 电子风扇
- 电子鼓风机等
产品特点
- 三相无刷直流电机的无传感器控制栅极驱动IC（内置电荷泵电路）
- 32位MCU (Arm® Cortex®M0)，工作频率40 MHz（内置低速和高速振荡器）
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内置带ECC[9]的存储器
程序闪存：64KB；ROM：12KB；RAM：4KB - 内置用于FOC控制的矢量引擎(VE)和可编程电机驱动器(PMD)[10]
- 内置单分流电阻电流检测放大器[11]、12位A/D转换器和10位A/D转换器
- 配合凸极电机使用时，可实现从零速到低速运行区间的无位置传感器FOC控制
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注： |
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[9] |
内置纠错码(ECC)功能支持1位纠错(SEC)和2位错误检测(DED)。 |
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[10] |
可编程电机驱动器：一种电机控制硬件模块，可生成脉冲宽度调制(PWM)信号、控制电流导通并进行硬件故障检测，从而降低电机控制所需的处理负载。 |
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[11] |
单分流电阻电流检测放大器：通过电流检测分流电阻和电流检测放大器间接估算电机电流。 |
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主要规格 |
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部件编号 |
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适用电机 |
三相无刷直流电机 |
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主要功能 |
单分流电阻电流检测放大器， 无传感器FOC控制硬件和方波控制硬件（VE、PMD、ENC[12]） LIN物理层：1通道（仅应答器） |
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通信方式 |
可选LIN通信 / PWM通信[13]、UART、SPI |
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主要错误检测 |
欠压检测（Vcc（生成5V））， 过压检测（Vdd（生成1.5V）， 热关断、过流检测， 外部功率MOSFET的开路/短路故障检测等 |
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绝对 |
电源电压 |
-0.3至+40 |
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工作 |
电源电压 |
6至18 |
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工作温度 |
Ta=-40至+150 |
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Tj=-40至+175 |
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封装 |
名称 |
P-HTQFP48-0707-0.50-002 |
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尺寸(mm) |
典型值 |
9.0×9.0 |
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可靠性 |
通过AEC-Q100（0级）认证 |
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量产 |
2027年1月（计划） |
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注： |
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[12] |
编码器输入电路(ENC)：接收编码器信号以检测电机运行状态（包括位置、转速和旋转方向）的电路。 |
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[13] |
PWM通信：一种以脉冲宽度调制(PWM)信号的占空比（脉冲宽度）作为模块间通信主要信息的通信方法。 |
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TB9M030FG
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Toshiba：智能电机控制驱动器“SmartMCD”系列的最新产品TB9M030FG。
