汽車空調(diào)典型的供電結(jié)構(gòu)
一般來講,汽車電壓分為24V系統(tǒng)和12V系統(tǒng):24V電源可采用經(jīng)大功率TVS(瞬態(tài)電壓抑制器)),然后由低壓降穩(wěn)壓器(LDO)轉(zhuǎn)至5V,同時為電機(jī)驅(qū)動器供電;也可采用經(jīng)成本較高的DC-DC降壓器降至12V,然后由LDO轉(zhuǎn)至5V,同時為電機(jī)驅(qū)動器供電;12V電源經(jīng)LDO為單片機(jī)、傳感器等元件供電,同時直接為直流/步進(jìn)電機(jī)等電機(jī)驅(qū)動器供電。
如果采用24V供電系統(tǒng),需要考慮高耐壓產(chǎn)品,同時兼顧熱管理、電源能效和成本控制等問題;如果采用12V供電系統(tǒng),則需考慮成本、靜態(tài)電流(Iq)及封裝等因素。
安森美半導(dǎo)體為汽車空調(diào)系統(tǒng)提供豐富陣容的LDO,其中標(biāo)準(zhǔn)靜態(tài)功耗系列(Iq>100uA)如NCV4264-2、NCV4266-2,低靜態(tài)功耗系列(Iq<100uA)如NCV8501、NCV8502,非常低靜態(tài)功耗系列(Iq<50uA)如NCV8664、NCV8660,超低靜態(tài)功耗系列(Iq<33uA)如NCV8768、NCV8769,滿足設(shè)計(jì)的不同需求。
安森美半導(dǎo)體還提供為傳感器供電的電壓跟隨器NCV8184,具可調(diào)節(jié)的緩沖輸出電壓,密切匹配參考輸入電壓(精度達(dá)±3mV)。該器件的輸出電流能力為70mA,靜態(tài)電流僅為70uA,當(dāng)電流為50mA時,典型壓降僅為0.35V,采用SOIC-8封裝。
驅(qū)動
1.風(fēng)門執(zhí)行器驅(qū)動
直流電機(jī)、單極性步進(jìn)電機(jī)、雙極性步進(jìn)電機(jī)為汽車空調(diào)風(fēng)門執(zhí)行器的三種典型結(jié)構(gòu)。直流電機(jī)風(fēng)門執(zhí)行器中包括一個直流電機(jī)和一個位置傳感器,需要一個完整的H橋(由2個高邊開關(guān)和2個低邊開關(guān)組成),來控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn),通過內(nèi)部自帶的位置傳感器,可以實(shí)時的監(jiān)控風(fēng)門的位置,實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制;單極性步進(jìn)電機(jī)的控制只需要4路高邊或者4路低邊驅(qū)動,由于步進(jìn)電機(jī)本身的特性,可以通過計(jì)數(shù)步進(jìn)次數(shù)來知道風(fēng)門的位置;雙極性步進(jìn)電機(jī)只需要兩組線圈,其驅(qū)動需要2個H橋(由4個高邊開關(guān)和4個低邊開關(guān)組成)來控制兩個線圈,與單極性步進(jìn)電機(jī)類似,可以通過計(jì)數(shù)步進(jìn)數(shù)來得知風(fēng)門目前的位置。
直流電機(jī)風(fēng)門執(zhí)行器的正常工作電流約100mA,堵轉(zhuǎn)電流小于450mA,需要H橋驅(qū)動來改變運(yùn)行方向,并提供故障診斷報(bào)告及足夠的保護(hù)功能。安森美半導(dǎo)體的NCV77XX系列完全滿足上述需求,能以正向、反向、制動及高阻抗?fàn)顟B(tài)工作。以六路半橋驅(qū)動器NCV7718為例,6路PMOS作為高邊驅(qū)動,6路NMOS作為低邊驅(qū)動,高低邊在芯片內(nèi)部連接,以H半橋作為輸出,提供0.55A持續(xù)驅(qū)動電流,內(nèi)部集成續(xù)流二極管,導(dǎo)通電阻典型值和最大值分別為1?和2.25?,通過16位SPI接口控制,低功耗(最大消耗電流僅為5Ua),提供驅(qū)動狀態(tài)、低負(fù)載保護(hù)、過流、過溫和溫度警告等診斷報(bào)告,并集成一系列保護(hù)特性如過壓/欠壓保護(hù)、過流關(guān)斷、過溫保護(hù)等,采用SSOP-24/SSOP24-EP封裝。
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另外,根據(jù)不同的輸出需求,可選擇安森美半導(dǎo)體的8路半橋驅(qū)動器NCV7719或10路半橋驅(qū)動器NCV7720。安森美半導(dǎo)體還提供帶獨(dú)立診斷功能的6路半橋驅(qū)動器NCV7728,該器件峰值電流為0.55A,導(dǎo)通電阻典型值和最大值分別為1?和2?,接口兼容3.3V/5V單片機(jī),在睡眠模式下提供超低靜態(tài)功耗,通過16位SPI接口控制(波特率為5MHz,兼容菊花鏈通信),集成續(xù)流保護(hù)、過流保護(hù)、開路檢測、過熱關(guān)斷及過溫報(bào)警等保護(hù)特性。
步進(jìn)電機(jī)風(fēng)門執(zhí)行器中,每個電機(jī)需要4路驅(qū)動,最大工作電流小于300mA,可直接控制或通過LIN總線遠(yuǎn)程控制。安森美半導(dǎo)體用于汽車空調(diào)的單極性步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器有NCV7608和NCV7240。NCV7608是8路高低邊可配置驅(qū)動器,每通道可提供350mA驅(qū)動電流,提供完善的保護(hù)功能,采用SOIC28封裝,通過AEC-Q101認(rèn)證;NCV7420是8路低邊驅(qū)動器,每通道可提供600mA驅(qū)動電流,通過16位SPI接口控制,提供開路診斷、過載保護(hù)、過溫保護(hù)等完善的診斷和保護(hù)功能,采用SSOP24封裝,通過AEC-Q100認(rèn)證。
安森美半導(dǎo)體用于汽車空調(diào)的雙極性步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器有AMIS30730和NCV70501,這兩款器件的驅(qū)動電流均為300mA。AMIS30730采用LIN接口,內(nèi)含MCU、ROM、RAM和EEPROM;而NCV70501采用SPI接口。
2.高/低邊驅(qū)動
SmartFET用于外部負(fù)載(例如在中央電器盒中的繼電器)的控制,可用作高邊或低邊驅(qū)動,這些驅(qū)動自身需要額外的保護(hù)功能如短路保護(hù)、熱關(guān)斷、過壓保護(hù)、邏輯電平控制和ESD保護(hù)等。安森美半導(dǎo)體的NCV8452是一款高邊SmartFET,該器件的導(dǎo)通電阻為200m?,過壓保護(hù)等級為41V,輸出電流限制值為1A,集成了豐富的保護(hù)特性,如短路保護(hù)、過載保護(hù)、過溫關(guān)斷及自動重啟、內(nèi)部鉗位二極管過壓保護(hù)、ESD保護(hù)及邏輯電平控制等,結(jié)溫-40~150℃。安森美半導(dǎo)體用作高/低邊智能驅(qū)動的器件還有NCV8440、NCV8450、NCV8401/2/3/5/6,提供不同的鉗位電壓、導(dǎo)通電阻、輸出電流等參數(shù)。
3.鼓風(fēng)機(jī)驅(qū)動
鼓風(fēng)機(jī)分為兩大類:有刷直流電機(jī)和無刷直流電機(jī)(BLDC)。有刷直流電機(jī)最大工作電流為30A,采用PWM控制,含功率MOSFET;而BLDC電機(jī)需要用到預(yù)驅(qū)動器、功率MOSFET。安森美半導(dǎo)體提供如表1所示的用于有刷直流電機(jī)和BLDC驅(qū)動的N溝道功率MOSFET,以及用于BLDC電機(jī)的三相預(yù)驅(qū)動器,如LV8907UW及MC33033/5等。為幫助工程師簡化設(shè)計(jì)、節(jié)省空間,安森美半導(dǎo)體還提供集成預(yù)驅(qū)動器和功率MOSFET的智能功率模塊STK984-xxx系列,內(nèi)部集成電機(jī)驅(qū)動算法器、6個MOSFET及驅(qū)動電路,通過PWM或電壓調(diào)速,提供OTP寄存器用于電機(jī)參數(shù)配置,支持模塊化進(jìn)行無PCB設(shè)計(jì),并集成過流保護(hù)、過溫保護(hù)、過壓/欠壓保護(hù)等完善的保護(hù)特性。
4.LED驅(qū)動——CCR
安森美半導(dǎo)體的恒流穩(wěn)流器(CCR)用于驅(qū)動汽車空調(diào)系統(tǒng)中的LED,這類器件內(nèi)置LED熱保護(hù),可替代低成本LDO,降低系統(tǒng)成本,由于沒有EMI(電磁干擾),適用于低噪聲系統(tǒng),在寬輸入電壓范圍內(nèi)提供恒定電流,可抑制由于電壓波動引起的LED亮度變化。該系列器件包括兩端固定輸出版本及三端可調(diào)節(jié)輸出版本,如NSI50010YT1G、NSI45015WT1G、NSI45020T1G、NSI45020AT1G及NSI45020JZT1G等。
總線收發(fā)器
LIN/CAN總線用于實(shí)現(xiàn)汽車中的分布式電子系統(tǒng)控制。針對這類應(yīng)用,安森美半導(dǎo)體提供LIN/CAN收發(fā)器,如NCV7321、NCV7342,這些器件都符合IEC61000-4-2標(biāo)準(zhǔn),其中NCV7342的系統(tǒng)ESD保護(hù)能力高于15kV,短路電流不超過100mA,提供優(yōu)異的電磁兼容(EMC)性能,甚至無需共模扼流圈。
系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片
系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片(SBC)是指集成車載網(wǎng)絡(luò)(如LIN、CAN、FLEXRAY)、電源(如線性穩(wěn)壓器、DC-DC穩(wěn)壓器)、監(jiān)控(如看門狗、SPI、狀態(tài)、中斷),以及I/O(如高邊、低邊、LED等)的系統(tǒng)化芯片方案。安森美半導(dǎo)體用于汽車空調(diào)的SBC如NCV7420/5/8,是集成LDO的LIN收發(fā)器,輸出電流分別為50mA、150mA、70mA。
結(jié)語
汽車自動空調(diào)帶來的舒適和節(jié)能是消費(fèi)者及汽車設(shè)計(jì)工程師所關(guān)注的,安森美半導(dǎo)體應(yīng)用于汽車空調(diào)的豐富產(chǎn)品陣容包括電源供電、電機(jī)驅(qū)動、SmartFET、分立器件等,經(jīng)過嚴(yán)格的汽車級產(chǎn)品認(rèn)證,具備高性能和高可靠性,有助于實(shí)現(xiàn)汽車空調(diào)系統(tǒng)的高效節(jié)能,為消費(fèi)者帶來舒適的駕乘體驗(yàn)。
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