在這樣的背景下，恩智浦開發了基於S12ZVM的EWP參考設計，以幫助客戶縮短開發周期並降低成本。
晶片介紹
EWP使用的晶片是MagniV家族中的MC9S12ZVM，它具有16位MCU的所有優勢，主頻最高可達100MHZ。MC9S12ZVM系列提供不同的引腳輸出選項，採用80引腳、64引腳和48引腳LQFP-EP封裝，以適應LIN、CAN和基於外部PWM的應用接口。
此晶片提供了電機控制中所需要的幾個關鍵外設模塊，如ADC、PTU、PMF、GDU，這種高集成度的MCU可優化系統架構並節省大量空間，可以實現完全集成的單晶片解決方案，可驅動多達6個外部功率MOSFET，應用於BLDC或PMSM電機驅動中。MC9S12ZVM系列框圖如圖1所示：
1. NXP解決方案
S12ZVM產品非常適合於EWP應用，它可以在12V系統中覆蓋從20W至600W的功率範圍的應用。
EWP參考設計技術指標
技術指標主要包含參考設計的設計目標以及達到的性能要求。詳細如下：
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供電電壓範圍：9V到16V，12V以下供電時最高轉速允許降速；
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額定電壓：13.5V；
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轉速範圍：和具體電機相關，測試過的水泵轉速範圍650RPM到3200RPM；
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工作溫度範圍：-40℃〜+125℃，可以根據需要提升到150度環境溫度；
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啟動時間：允許10秒從靜止到最高轉速；
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當發生故障時停機，故障消除後自動重啟；
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完善的保護機制，支持過壓欠壓保護、過溫保護、堵轉保護、硬體過流及限流保護等；
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默認轉速模式，支持PWM控制轉速，無需更改硬體即可支持LIN控制。具體如圖2所示：
2. 硬體部分描述
該參考設計硬體部分總體來說是非常簡潔的，這得益於S12ZVM的高集成度。常規電機控制需要用到的驅動晶片、電源轉換晶片以及運放等模擬電路都進行了內部集成。
本參考設計採用S12ZVML64+7*NMOSFET的設計。雙電阻採樣可以獲得更好的電流質量，同時和S12ZVML64內部的雙運放及雙ADC模塊相得益彰。因此參考設計採用了雙電阻採樣的磁場定向控制，如圖3所示。當然恩智浦也有單電阻方案可供參考。
由於S12ZVM的高集成度，使得其PCB的設計比較小巧，其直徑大約60mm,方便與水泵做成一體，PCB實物圖如圖4所示。
該參考設計採用4層板結構來實現，其中TOP層和BOTTOM層如圖5所示；GND和中間信號層如圖6所示。
3.軟體部分描述
整體軟體架構沿用恩智浦公司的基於S12ZVM的PMSM雙電阻樣例程序，大家可以參考AN5135以及相應示例代碼。下面的軟體部分描述主要內容是整體的框架以及在對於基礎代碼上增加的部分內容進行了描述。
No.1控制環路相關模塊
關於該參考設計電機控制部分用到的各模塊的連接情況如圖7所示。
該控制迴路由PMF、GDU、ADC和PTU模塊組成。PTU和ADC使用存儲在存儲器中的列表進行操作。這些列表定義了PTU的觸發點，ADC的命令和ADC的結果。如果啟用了PTU，則reload和async_reload事件會立即傳遞到ADC和GDU模塊。PMF的reload事件會使PTU重新計數，並從列表中獲取第一次觸發時刻，同時產生ptu_reload信號給ADCx從而開始裝載ADC Command Sequence List (CSL) 中的轉換指令。當觸發時刻到了後，PTU就會產生相應的trigger_x信號給ADC模塊。對於兩個ADC模塊同時採樣，PTU則同時觸發兩個trigger_x信號，一個ADC模塊對應一個，也就是說trigger_0送給ADC0，trigger_1送給ADC1。
PWM和ADC自動同步的時序圖如圖8所示。
由該時序圖可以看到PTU的觸發時刻相對於reload事件是固定的。Trig0是在PMF的reload後延時很小一段時間觸發的，而Trig1則是在Trig0之後一段時間的觸發信號。Trig0的一小段延時是為了讓DMA有時間來加載ADC列表里的command。
Trig0觸發ADC0和ADC1主要是為了完成A相和B相電流的採樣。Trig1則是為了採集處理器晶片溫度和母線電壓，都為內部信號。Trig2觸發的ADC0是為採集MOSFET的溫度，而ADC1採集用戶自定義的模擬量，比如模擬量用於控制轉速等。
測試結果
因測試條件的限制，對於該項目做全電壓工作測試、啟動成功率測試以及啟動時間測試、轉速穩定度測試、電壓波動測試和負載波動測試等基本測試。
1. 測試環境的搭建和測試設備
環境搭建的水泵系統如圖12所示，而測試設備如圖13所示。測試設備包括4通道示波器、電流探頭和可調直流電源。
2. 全電壓工作測試
對於電壓範圍9V到18V進行測試，查看轉速範圍。低壓下轉速會達不到額定轉速，應該對其轉速範圍進行限制，根據電壓範圍來設定最高轉速。
測試結果表明在9V到18V下水泵都是可以正常啟動和工作的。啟動後，電壓跌落到8V還是能正常工作，到7V時會報GDU的VLS電壓過低故障。如果需要系統在7V以下還能正常工作，可以添加外部的Boost電路，本參考設計沒有添加。
3. 啟動成功率測試
分別做9V和18V 輸入條件下的啟動測試。目標轉速1500RPM，重複測試100次，記錄成功的次數.
示波器記錄頻繁啟動的波形，對於9V的啟動如圖14波形所示，18V下的啟動如圖15所示，可以看到連續成功啟動的波形。
4. 測試總結
從上面的測試結果來看，基於MC9S12ZVM的EWP的參考設計解決方案總體可以達到設計的目的。當然，客戶可以根據不同的應用場景，實現硬體和軟體的調整及優化，以達到最終設計指標的要求。