英飛凌車(chē)門(mén)模塊的驅(qū)動(dòng)策略

　　過(guò)去十年里，汽車(chē)電子有了飛速的發(fā)展。許多曾用電機(jī)實(shí)現(xiàn)的功能已被轉(zhuǎn)換成電子模塊。最好的例子是車(chē)門(mén)裝置。由電子控制單元(ECU)控制和驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)車(chē)窗、電動(dòng)后視鏡和門(mén)鎖幾乎成了所有新車(chē)的標(biāo)準(zhǔn)配置。從廣義上看，電子車(chē)門(mén)系統(tǒng)有兩種不同的架構(gòu)。第一種是集總式系統(tǒng)，通常它有一個(gè)中心模塊控制和驅(qū)動(dòng)所有車(chē)門(mén)中的每個(gè)負(fù)載。第二種是分布式系統(tǒng)，其車(chē)門(mén)功能是在多個(gè)ECU中實(shí)現(xiàn)的。

　　雖然集總式架構(gòu)由于成本較低而仍在某些車(chē)型中使用，但正被逐步淘汰，原因是：1)中心模塊方法要求大量的直連布線(xiàn)，從而增加了重量、布線(xiàn)成本和電纜短路的風(fēng)險(xiǎn);2)單個(gè)模塊功能有限，無(wú)法嵌入全部需要的功能，如全面保護(hù)、診斷和通信接口;3)大尺寸的模塊還難以裝配。這些缺點(diǎn)導(dǎo)致了電子車(chē)門(mén)的系統(tǒng)架構(gòu)迅速向分布式方向發(fā)展。

　　目前用于連接分布式ECU模塊的標(biāo)準(zhǔn)汽車(chē)協(xié)議有兩種，分別是CAN和LIN?？梢杂貌煌姆绞酵ㄟ^(guò)CAN/LIN接口實(shí)現(xiàn)一些主要的車(chē)門(mén)功能。其中最流行的是“車(chē)門(mén)區(qū)域模塊”或簡(jiǎn)稱(chēng)為“車(chē)門(mén)模塊”的方法。在這種方法中，如門(mén)鎖、后視鏡、車(chē)窗提升器和輔助照明等一些主要的車(chē)門(mén)功能模塊都由單獨(dú)的ECU控制和驅(qū)動(dòng)。

　　車(chē)門(mén)模塊中的負(fù)載特性和功能千差萬(wàn)別。系統(tǒng)設(shè)計(jì)師面臨的挑戰(zhàn)是如何高效地驅(qū)動(dòng)所有負(fù)載并且同時(shí)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)規(guī)范要求和成本目標(biāo)。作為全球領(lǐng)先的汽車(chē)半導(dǎo)體元器件供應(yīng)商，英飛凌科技提供了全系列的產(chǎn)品，可以針對(duì)車(chē)門(mén)模塊的不同負(fù)載實(shí)現(xiàn)不同的驅(qū)動(dòng)策略。本文將介紹這些負(fù)載的特性以及相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)策略。

　　系統(tǒng)劃分和車(chē)門(mén)模塊的主要負(fù)載

　　車(chē)門(mén)模塊通常由三大主要功能模塊組成：1)微控制器;2)包括電源、CAN/LAN通信以及執(zhí)行外部事件監(jiān)視和信號(hào)探測(cè)的電路在內(nèi)的系統(tǒng)基本功能模塊;3)與外部負(fù)載相接的驅(qū)動(dòng)器和功率電路。車(chē)門(mén)模塊的典型系統(tǒng)劃分如圖1所示。

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　　圖1： 系統(tǒng)劃分和負(fù)載特性。

　　車(chē)門(mén)模塊的負(fù)載類(lèi)型包括直流電機(jī)、燈、LED和加熱線(xiàn)圈。圖1也給出了它們的一些特性。為了高效地驅(qū)動(dòng)這些不同功能和類(lèi)型的負(fù)載，需要不同的驅(qū)動(dòng)策略。

　　大型負(fù)載驅(qū)動(dòng)策略：繼電器還是智能器件?

　　對(duì)升窗電機(jī)等大型負(fù)載來(lái)說(shuō)，通常有兩種不同的驅(qū)動(dòng)方法：第一種是基于繼電器的方法，第二種是使用半導(dǎo)體器件。至今采用繼電器的策略仍在被廣泛使用，主要原因是硬件成本較低、技術(shù)成熟并且能很好地處理大電流。然而，該策略也有許多缺點(diǎn)為人們所知：

　　1.繼電器不能為自身和整機(jī)提供任何保護(hù);

　　2.繼電器解決方案無(wú)法實(shí)現(xiàn)PWM控制;

　　3.通常繼電器本身體積比較大，需要保險(xiǎn)絲盒;

　　4.作為一種移動(dòng)部件，繼電器的機(jī)械可靠性較低;

　　5.繼電器自己沒(méi)有任何診斷功能。它需要分流電阻和運(yùn)放等外部器件才能實(shí)現(xiàn)電流監(jiān)測(cè);

　　6.當(dāng)要求開(kāi)關(guān)次數(shù)較多(如轉(zhuǎn)向燈應(yīng)用)時(shí)，繼電器的電子壽命很有限;

　　7.繼電器解決方案需要較多的外部元件組成基本電路，如保險(xiǎn)絲、前置驅(qū)動(dòng)器(一般是一對(duì)達(dá)林頓管)和飛輪二極管;

　　8.保險(xiǎn)絲和繼電器解決方案發(fā)熱比較大，因?yàn)槔^電器線(xiàn)圈和觸點(diǎn)以及保險(xiǎn)絲本身和分流電阻都有較大的功率損失。

　　智能開(kāi)關(guān)和橋的出現(xiàn)為解決以上問(wèn)題打開(kāi)了大門(mén)。一些新的器件，如英飛凌的NovalithIC，可以為大電流電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)提供合適的解決方案。BTS7960是NovalithIC全集成大電流半橋系列產(chǎn)品中的第一位成員，它在一個(gè)TO-263封裝中包含了三個(gè)獨(dú)立的芯片：一個(gè)p溝道MOSFET作為其高側(cè)基片，一個(gè)n溝道MOSFET作為其低側(cè)基片，還有一個(gè)驅(qū)動(dòng)器芯片。這三個(gè)芯片利用芯片堆疊(chip-on-chip)和芯片相鄰(chip-by-chip)技術(shù)安裝在一個(gè)共同的引線(xiàn)框架(lead-frame)內(nèi)。

　　BTS7960的路徑RDS(ON)在25℃時(shí)為17毫歐，其p溝道和n溝道MOSFET采用不同的工藝制造，從而保證了高側(cè)和低側(cè)開(kāi)關(guān)的快速開(kāi)閉，還可避免出現(xiàn)交叉電流。這種設(shè)計(jì)有別于使用電荷泵、最大開(kāi)關(guān)頻率有限的大多數(shù)橋，因此有助于實(shí)現(xiàn)高頻PWM控制方案和一些新的功能，如“軟”開(kāi)/關(guān)窗戶(hù)，并具有很好的EMI性能。

　　驅(qū)動(dòng)器IC直接與微控制器相連，可執(zhí)行全面的保護(hù)和診斷功能。保護(hù)功能包括限流、欠壓/過(guò)壓閉鎖、過(guò)溫和完全短路保護(hù)。診斷功能包括故障狀態(tài)標(biāo)志和電流監(jiān)測(cè)，后者在實(shí)現(xiàn)防夾斷策略時(shí)通常是必需的。一些特殊功能如集成的空載時(shí)間產(chǎn)生也被集成在里面以輔助直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)。

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　　圖2： BTS7960的一個(gè)典型應(yīng)用電路。

　　因此BTS7960是車(chē)門(mén)模塊中帶保護(hù)的大電流電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用中繼電器方案的極佳替代品。用BTS7960驅(qū)動(dòng)升窗電機(jī)等大型負(fù)載的典型應(yīng)用電路如圖2所示。