安森美半導體汽車(chē)自適應前照燈系統步進(jìn)電機驅動(dòng)方

汽車(chē)前照燈是安全駕駛的重要環(huán)節。傳統前照燈在汽車(chē)轉彎時(shí)存在照明盲區，影響駕駛人對彎道障礙物的判斷，還存在其它安全隱患問(wèn)題。為了提升安全性，如今自適應前照燈系統(Adaptive Front-Light System，AFS) 在智能汽車(chē)電子產(chǎn)品中的使用越來(lái)越廣泛。AFS采用步進(jìn)電機來(lái)實(shí)時(shí)調節光束，消除照明盲區，優(yōu)化彎道可見(jiàn)度，有效增加駕駛安全性。安森美半導體針對AFS系統的步進(jìn)電機開(kāi)發(fā)了一系列驅動(dòng)芯片，為客戶(hù)的設計帶來(lái)了簡(jiǎn)化和便捷。本文著(zhù)重介紹AFS特性、步進(jìn)電機驅動(dòng)IC及設計要點(diǎn)，更特別剖析堵轉檢測這一步進(jìn)電機驅動(dòng)難點(diǎn)，幫助設計人員快速、準確地開(kāi)發(fā)出有效的AFS方案。

AFS的應用效果及組成結構

汽車(chē)AFS采用步進(jìn)電機可以對照明光束進(jìn)行左右及水平高度調節，相較于傳統前照燈提供更加安全的照明效果。如果采用傳統前照燈，則其燈光跟車(chē)身的方向始終一致，在汽車(chē)轉彎時(shí)無(wú)法有效照明彎道內側的盲區。相反，采用AFS的汽車(chē)在轉彎時(shí)，能夠根據方向盤(pán)的角度轉動(dòng)，將有效的光束投射到駕駛者需要看清的前方路面上，更有利于消除照明盲區。圖1右側列出了無(wú)AFS和有AFS進(jìn)行左右調節的實(shí)際照明效果，顯然后者對安全駕駛更加有效。

圖1：無(wú)AFS和有AFS左右調節光束的照明區域對比

圖2是AFS功能的水平高度調節效果。上圖是燈光在水平高度良好時(shí)的效果圖，中圖是汽車(chē)啟動(dòng)或上坡時(shí)的路面顛簸燈光上揚的情況，下圖是汽車(chē)在剎車(chē)或下坡時(shí)路面顛簸燈光下沉的情況。AFS可根據車(chē)身傾斜情況實(shí)時(shí)調整中圖和下圖的燈光高度，達到上圖的效果。

圖2：AFS功能的水平高度調整效果

在圖3的AFS控制大燈結構圖中可以看到用于水平高度調節的調高馬達和控制燈光旋轉調整的旋轉馬達。AFS控制大燈的工作原理是，AFS通過(guò)方向盤(pán)旋轉角度和車(chē)身速度計算出光道角度，方向盤(pán)旋轉角度系數為彎道的向心力，車(chē)身舒為彎道的切線(xiàn)，兩者之間的關(guān)系為彎道的角度的探定值，計算彎道角度即可驅動(dòng)旋轉馬達轉到所需的彎道角度。同樣，通過(guò)車(chē)身前后軸傳感器能夠得到車(chē)身傾斜度的計算值，通過(guò)馬達修正車(chē)身傾斜度對燈光進(jìn)行水平高度調整，以適應不同道路坡度的照明需求。

圖3：AFS控制大燈結構圖

安森美半導體應用于A(yíng)FS的不同步進(jìn)電機驅動(dòng)器方案

要有效地驅動(dòng)AFS中的步進(jìn)電機，必須采用適合的步進(jìn)電機驅動(dòng)器方案。安森美半導體提供用于A(yíng)FS的多種步進(jìn)電機驅動(dòng)器方案，包括AMIS-30621、AMIS-30623、NCV70521和NCV70522。這些步進(jìn)電機驅動(dòng)器產(chǎn)品各有其側重點(diǎn)。如AMIS-30621和AMIS-30623采用LIN通信模式;NCV70521和NCV70522采用SPI通信模式;AMIS-30623自帶堵轉檢測功能;AMIS-30621、AMIS-30623和NCV70522內置5V電源輸出;NCV70522內置看門(mén)狗復位信號。

從應用角度看，AFS步進(jìn)電機驅動(dòng)方案分為直接驅動(dòng)和機電一體化產(chǎn)品應用兩類(lèi)。對比之下，NCV70522采用直接驅動(dòng)，步進(jìn)電機驅動(dòng)芯片要求安裝在跟微控制器(MCU)同一塊印制電路板(PCB)上，且每個(gè)電機需要對應的信號連接線(xiàn)，適合中、高集成度執行計劃方案應用;而AMIS-30623適合機電一體化應用方案，步進(jìn)電機驅動(dòng)芯片可直接安裝在電機結構內，只需共享地線(xiàn)與LIN總線(xiàn)信號連接，適合高集成度執行計劃方案應用，如圖4。

圖4：直接驅動(dòng)和機電一體化產(chǎn)品應用對比

具有堵轉偵測功能的步進(jìn)驅動(dòng)芯片AMIS-30623是一款采用LIN通信的單芯片微步進(jìn)電機驅動(dòng)器與控制器。它是通過(guò)LIN建立與主機遠程連接的專(zhuān)用機電一體化解決方案。該芯片通過(guò)總線(xiàn)接收定位指令，隨后驅動(dòng)電機線(xiàn)圈到所需的位置，可配置電流、速度、加速度和減速度等參數。該芯片內部自帶電機堵轉檢測。其它功能包括：AMIS-30621類(lèi)似功能、改進(jìn)低電壓管理、改進(jìn)LIN丟失功能、0 mA維持電流、兼容AMIS-30621、減低噪聲(堵轉檢測)，以及減小在維持情況下過(guò)溫的風(fēng)險。該方案的市場(chǎng)及應用涵蓋汽車(chē)頭燈執行器、怠速控制、液化氣閥門(mén)和懸掛閥門(mén)等。

NCV70522是帶穩壓器和看門(mén)狗的SPI通信單芯片微步進(jìn)電機驅動(dòng)芯片。它具有輸出電流選擇性、SPI接口、嵌入式5 V穩壓器和看門(mén)狗復位等功能，是專(zhuān)為外設驅動(dòng)微控制器簡(jiǎn)化的電路。該芯片可通過(guò)一個(gè)輸入引腳接收脈沖信號啟動(dòng)“下一步微步”命令，輸出線(xiàn)圈電流、微步數等，通過(guò)SPI總線(xiàn)設置進(jìn)行診斷反饋。其獨特功能包括：等于NCV70521 + 5 V穩壓器及看門(mén)狗復位、透明的SPI參數、2信號控制運轉(NXT/DIR)、整步到1/32精度的微步模式、靈活的運行電流最大到1.6 A、ERRB引腳輸出錯誤狀態(tài)、具有NCV70521同樣優(yōu)點(diǎn)、兼容NCV70521、減小PCB板尺寸和BOM成本 (內置穩壓器)，以及提升應用安全(內置看門(mén)狗)。該方案適用于汽車(chē)頭燈執行器、怠速控制、液化氣閥門(mén)、懸掛閥門(mén)、折疊式多媒體顯示器等。

AFS步進(jìn)電機驅動(dòng)難點(diǎn)及設計要點(diǎn)

以NCV70522為例，其控制要素包括步幅模式、NXT和DIR。步幅模式包括整步至1/32共7種模式可選;NXT為進(jìn)入下一步，根據電流表輸出對應的Ix和Iy;DIR為電機運轉方向控制。如圖5。

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