用于汽車自動(dòng)空調(diào)的電源、電機(jī)驅(qū)動(dòng)及分立元件方案

汽車空調(diào)的電源供電

如圖2的汽車空調(diào)系統(tǒng)架構(gòu)圖所示，汽車空調(diào)系統(tǒng)需要為微控制器(MCU)、各種傳感器、驅(qū)動(dòng)器、存儲(chǔ)器等供電。常見的汽車電池電壓包括12V或24V。如果采用24V系統(tǒng)供電，則需要高耐壓產(chǎn)品，加強(qiáng)熱管理，提升電源能效并控制成本。如果采用12V系統(tǒng)供電，則成本更具優(yōu)勢(shì)，要求較低靜態(tài)電流及采用優(yōu)化的封裝。不同供電電壓也涉及到不同的汽車空調(diào)電源供電架構(gòu)圖，如下圖所示。但無(wú)論是哪種架構(gòu)，都會(huì)用低壓降(LDO)穩(wěn)壓器將24V或12V電壓轉(zhuǎn)換為5V。安森美半導(dǎo)體提供陣容豐富的LDO產(chǎn)品，表1列出的是適合于汽車空調(diào)應(yīng)用的LDO。它們能夠承受高輸入電壓，提供低靜態(tài)電流，通過(guò)的汽車行業(yè)AEC-Q100認(rèn)證，符合汽車空調(diào)應(yīng)用要求。

圖3：汽車空調(diào)電源轉(zhuǎn)換架構(gòu)

汽車中的外部傳感器必須采用穩(wěn)定的電源，即LDO跟隨穩(wěn)壓器(或稱電壓跟隨器)。這些LDO跟隨穩(wěn)壓器必須得到充分保護(hù)，以防諸如對(duì)地短路、電池短路、電池反接等故障；同時(shí)，其輸出電壓必須與參考電壓高度一致。安森美半導(dǎo)體提供具有完善保護(hù)功能的電壓跟隨器NCV8184，為外部傳感器供電。NCV8184是一款單片LDO跟隨穩(wěn)壓器，提供可調(diào)節(jié)的緩沖輸出電壓，且密切匹配參考輸入電壓(精度達(dá)±3 mV)。這器件的輸出電流能力為70 mA，在50 mA電流時(shí)的典型壓降僅為0.35V；靜態(tài)電流僅為70 μA。

用于汽車空調(diào)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器

根據(jù)不同的地區(qū)及不同汽車整車廠的配置需求，汽車空調(diào)風(fēng)門執(zhí)行器可以采用不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如直流電機(jī)、單極性步進(jìn)電機(jī)及雙極性步進(jìn)電機(jī)。

最常見的風(fēng)門執(zhí)行器是直流電機(jī)，并集成位置傳感器，將風(fēng)門位置信號(hào)反饋給微控制器。為控制直流電機(jī)的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，需要使用2個(gè)高邊(HS)開關(guān)及2個(gè)低邊(LS)開關(guān)組成全橋電路。通常情況下，這些高邊或低邊開關(guān)已經(jīng)集成各種完善的保護(hù)，如過(guò)壓保護(hù)、過(guò)載保護(hù)及過(guò)溫保護(hù)等。在步進(jìn)電機(jī)方面，單極性步進(jìn)電機(jī)需使用4個(gè)低邊開關(guān)，而雙極性步進(jìn)電機(jī)需使用4個(gè)高邊開關(guān)和4個(gè)低邊開關(guān)。

圖4：汽車空調(diào)風(fēng)門執(zhí)行器的電機(jī)結(jié)構(gòu)及驅(qū)動(dòng)需求

直流電機(jī)風(fēng)門執(zhí)行器的工作電流一般在100mA左右，最大堵轉(zhuǎn)電流小于450mA。此外，需要H橋驅(qū)動(dòng)來(lái)改變運(yùn)行方向。電機(jī)驅(qū)動(dòng)器還需要故障診斷報(bào)告，且提供足夠的保護(hù)功能。安森美半導(dǎo)體的NCV77xx系列器件可用于驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)風(fēng)門執(zhí)行器，如NCV7718。NCV7718是一款六路半橋驅(qū)動(dòng)器，高、低邊在驅(qū)動(dòng)器芯片內(nèi)部連接，并以H橋輸出。這器件以6路PMOS作為高邊驅(qū)動(dòng)，6路NMOS作為低邊驅(qū)動(dòng)，能夠提供0.55 A持續(xù)驅(qū)動(dòng)電流，集成了內(nèi)部續(xù)流二極管。NCV7718能以正向、反向、制動(dòng)及高阻態(tài)工作，能夠通過(guò)16位SPI接口控制，帶有專門設(shè)計(jì)用于汽車及工業(yè)運(yùn)行控制應(yīng)用的保護(hù)功能，如欠壓及過(guò)壓鎖定、過(guò)流保護(hù)、過(guò)溫保護(hù)、欠載保護(hù)及鑒別故障報(bào)告等。

除了直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，安森美半導(dǎo)體還提供用于汽車空調(diào)的單極性及雙極性步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。安森美半導(dǎo)體的單極性步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器包括NCV7608和NCV7240等。其中，NCV7608是8路高、低邊可配置驅(qū)動(dòng)器，每通道能提供350 mA驅(qū)動(dòng)電流，并提供完善的保護(hù)功能；NCV7240是8路低邊驅(qū)動(dòng)器，每通道能提供600 mA驅(qū)動(dòng)電流，可采用16位SPI接口控制，也提供完善的保護(hù)功能(如開路診斷、過(guò)載保護(hù)及過(guò)溫保護(hù)等)。這兩款器件分別采用SOIC28和SSOP24封裝。

用于汽車空調(diào)的雙極性步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器包括AMIS-30730和NCV70501等。汽車空調(diào)的進(jìn)氣風(fēng)門需要采用低噪音設(shè)計(jì)，因?yàn)檫@個(gè)執(zhí)行器是連續(xù)工作模式。采用NCV70501這樣的雙極性步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器可以實(shí)現(xiàn)低噪音。NCV70501通過(guò)H橋驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，可以通過(guò)設(shè)置內(nèi)部寄存器來(lái)改變電機(jī)的方向和步數(shù)等。AMIS-30730則是單芯片智能步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器方案，內(nèi)部包含雙極性步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)、微控制器(MCU)內(nèi)核、LIN接口、ROM、RAM及EEPROM等。

外部負(fù)載高邊或低邊驅(qū)動(dòng)器

除了風(fēng)門執(zhí)行器，還需要驅(qū)動(dòng)或控制外部負(fù)載，如中央電器盒。安森美半導(dǎo)體提供用于外部負(fù)載驅(qū)動(dòng)的SmartFET，可用于高邊或低邊驅(qū)動(dòng)，如NCV8440、NCV8401/2/3/5/6等低邊驅(qū)動(dòng)器，以及NCV8450、NCV8452等高邊驅(qū)動(dòng)器。這些SmartFET是帶保護(hù)的MOSFET，在功率MOSFET的基礎(chǔ)上增加了多種保護(hù)功能及高邊或低邊驅(qū)動(dòng)等。以NCV8452高邊SmartFET為例，這器件的導(dǎo)通阻抗為200 m?，過(guò)壓保護(hù)等級(jí)為41V，輸出電流限制值為1 A，集成了豐富的保護(hù)特性，如短路保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、過(guò)溫關(guān)斷及自動(dòng)重啟、內(nèi)部鉗位二極管過(guò)壓保護(hù)、ESD保護(hù) 及邏輯電平控制等。