近日，大联大世平集团发布了一款针对新能源电车800V平台架构的e-Compressor空压机解决方案。该方案主要由Flagchip的MCU FC4150、NXP的汽车安全系统基础芯片(SBC) FS23、安森美的IPM模块、PSR DC-DC器件、圣邦微的OPA和纳芯微的隔离器件组成，符合ASIL-B功能安全等级，用于驱动空调压缩机。
图2：800V新能源电车空压机解决方案展示板
方案技术优势
1. FS23 (SBC) 与 FC4150 (MCU) 组合符合ASIL-B功能安全要求标准。
2. SBC FCCU硬件监控MCU故障，同时Watchdog进行MCU存活监督，确保系统失效安全保护。
3. 提供全功能的电机软硬故障保护，包括过流、过欠压、堵转、缺相、过温等。
4. 提供软件demo算法，如高频注入、死区补偿、滑模观测器、FOC等。
5. 提供硬件参考设计，加快产品快速开发。
图3：800V新能源电车空压机解决方场景应用图
方案硬件设计
1. 主控
采用旗芯微的FC4150F512BS1P64T1A，基于高性能ARM Cortex-M4内核的32位微控制器，工作频率可达150 MHz，内置高速存储器，丰富的I/O端口和多种外设。
2. IPM
电机驱动部分采用Onsemi的NFVA23512PN2T IPM模块，内置3个高速半桥高压栅极驱动电路和低损耗的IGBT管，支持20kHz的PWM，提供多种保护功能。
3. 电源设计
低压电源供电部分分为两路：一路采用反激隔离式DC-DC向IPM-15V与隔离器件的VDD1供电，另一路采用SBC对MCU供电，并实时监控反激隔离式DC-DC的输出电压状态。MCU电源部分采用恩智浦的FS2300，具有多路LDO输出和多种监控诊断功能。IPM电源部分采用Onsemi的NCV12711ADNR2G，适用于隔离式DC-DC拓扑结构，包含多种保护特性。
4. 数字隔离器
采用纳芯微的车规级NSI8220W0传输PWM信号、反馈VFO、LDO_PG信号，具有高传输速率和高共模瞬变抗扰度。
5. 电压采样隔离器
选用纳芯微的NSI1311采样母线电压和IPM温度信号，具有高输入阻抗和高共模瞬变抗扰度。
6. 电流采样隔离器
选用纳芯微的NSI1300D25对IPM的底边管进行电流采样，具有高带宽和高共模瞬变抗扰度。
7. OPA
运算放大器部分采用圣邦威的车规级SGM8557H-1AQ，将电压、电流采样隔离器输出的差分信号转化为单端输出供MCU ADC外设采样。
方案软件设计
方案软件部分采用世平Sensorless FOC双电阻采样的软件库架构，通过板载电位器给定速度命令使电机旋转。软件采用双环控制（电流环+速度环），实现对电机的磁场定向控制。
1. SVPMM
空间矢量脉宽调制（SVM）是FOC的基础，通过选择非零矢量与零矢量合成，实现电机的高效控制。
2. Current Sensing
在电流环中，软件通过采样V和W相的下桥臂电阻上的压降，再用基尔霍夫电流定律计算第三相（U相）的电流。
3. FC4150外设间的相互配合
在FOC控制中，FTU需要产生中心对齐的PWM信号，并通过PTIMER和ADC的协同工作，实现对电机的控制。
图4：800V新能源电车空压机解决方案方块图
方案规格
1. 高压侧输入电压范围: 460VDC~860VDC
2. 低压侧输入电压范围: 8VDC~18VDC
3. MCU: ARM Cortex-M4 32-bit内核，主频高达150MHz，ASIL-B功能安全等级
4. 支持CAN、LIN通讯
5. 支持2/3 Shunt R三相电流采样
6. 支持过压、过流、过温防护
7. 板载电位器支持速度调节
8. 具备LED指示灯 & UART调试接口
9. 开发板尺寸: MCU板70 * 40 mm，电机驱动板150 * 135 mm
