為什么還在使用繼電器驅動(dòng)汽車(chē)電機？

　　隨著(zhù)汽車(chē)電氣系統中日益采用更小更智能的集成電路(IC)，現在是開(kāi)始在解決大家熟視無(wú)睹的問(wèn)題的時(shí)候了：為什么我們仍然在天窗模塊、車(chē)窗玻璃升降器、動(dòng)力鎖、后擋板升降器、記憶座椅、壓縮機和泵中用繼電器控制電機?當然，使用繼電器進(jìn)行設計便宜而且簡(jiǎn)單，但是，考慮到其有限的使用壽命和較大的解決方案尺寸，它們的功能對于現代電機應用而言似乎頗顯笨重。對于安靜、小而安全的解決方案，固態(tài)IC是汽車(chē)電機控制應用的最佳選擇。

　　解決方案尺寸

　　我們來(lái)比較一下兩種解決方案，如圖1所示：典型的繼電器解決方案和具有相同額定電壓和電流的等效固態(tài)解決方案。

　　圖1: 繼電器解決方案與固態(tài)解決方案

　　針對解決方案尺寸，固態(tài)8mm×8mm方形扁平無(wú)引腳封裝(QFN)加上兩個(gè)雙排封裝N溝道金屬氧化物半導體場(chǎng)效應晶體管(MOSFET)約占繼電器解決方案電路板面積的三分之一?？磟軸，整個(gè)固態(tài)解決方案大約9毫米高?；?.035英寸。如果要構建電機驅動(dòng)器印刷電路板(PCB)，輕松地安裝在電機外殼的背面，TI的固態(tài)解決方案非常適合此應用。

　　除了尺寸外，固態(tài)柵極驅動(dòng)器還集成了一整套保護功能，在繼電器解決方案中不得不獨立構建這些功能。這些功能包括：

　　電機電流測量

　　對于任何類(lèi)型的電流調節，繼電器和固態(tài)系統都需要并聯(lián)電阻。繼電器解決方案需要單獨的分立放大器電路來(lái)增加在檢測電阻上測量的電壓。然后將增加的電壓發(fā)送到微控制器(MCU)模數轉換器(ADC)，以便MCU中的數字邏輯可以決定何時(shí)關(guān)閉電機或限制電流。但是固態(tài)電機驅動(dòng)器通常集成了低端電流并聯(lián)放大器，因此需要的唯一的分立元件是單個(gè)電流檢測電阻。圖2顯示了集成電機驅動(dòng)IC和分立電流測量電路拓撲結構之間的差異。

　　圖2：分立與固態(tài)電流測量

　　TI的電機驅動(dòng)器進(jìn)一步采取了電流調節措施，使用連接到集成電流檢測放大器的輸出的內部比較器集成逐周期電流斬波方法。所需要的只是一個(gè)外部基準電壓，器件將處理電流限制，釋放原來(lái)用于MCU或分立構建的資源。檢測放大器的輸出仍然連接到封裝引腳，但如果您只需要一定程度的電流調節，請考慮采用完全集成的解決方案，如DRV8702-Q1或DRV8703-Q1。

　　接口連接MCU

　　當將繼電器和固態(tài)解決方案連接到MCU時(shí)，固態(tài)IC通?？梢詫?shí)現MCU通用輸入輸出(GPIO)和模數轉換器(ADC)引腳之間的直接連接。這些IC通常具有足夠的靈活性，可將1.8、3.3或5V邏輯電平電壓與基于接地的高阻抗下拉電阻連接。對于繼電器解決方案，為了實(shí)現類(lèi)似的輸入控制，需要某種電流增益以控制繼電器內的螺線(xiàn)管線(xiàn)圈。圖3顯示了將繼電器和固態(tài)驅動(dòng)器與MCU連接的電路拓撲結構的差異。

　　圖3：接口連接MCU

　　圖3中的繼電器解決方案概述了對摻雜N摻雜P摻雜N摻雜(NPN)雙極結型晶體管(BJT)的達林頓管的需求，兩個(gè)電阻和一個(gè)保護二極管只會(huì )用MCU GPIO引腳直接干擾繼電器線(xiàn)圈。為了創(chuàng )建H橋并驅動(dòng)雙向電機，將需要兩個(gè)雙排封裝單刀雙擲[SPDT]繼電器，這意味著(zhù)需要上述兩個(gè)電路元件來(lái)單獨驅動(dòng)兩個(gè)繼電器線(xiàn)圈。使用TI的電機驅動(dòng)器之一，可以移除所有這些分立元件，從而創(chuàng )建更小更干凈的PCB解決方案。

　　電機轉速曲線(xiàn)

　　帶繼電器的電機轉速曲線(xiàn)非常低效。設計人員可以通過(guò)與電機串聯(lián)放置的不同尺寸的電阻器或具有不同速度的多繞組電機，使用繼電器來(lái)實(shí)現動(dòng)力車(chē)窗、升降車(chē)門(mén)、天窗、滑動(dòng)車(chē)門(mén)或泵的多速控制方案。如果要選擇不同的速度，這兩種解決方案都需要更多的繼電器，而更多的繼電器需要更多的電路板空間和分立元件。

　　使用固態(tài)解決方案，您只需要為T(mén)I的電機驅動(dòng)器提供來(lái)自MCU的兩個(gè)脈沖寬度調制(PWM)信號來(lái)控制電機轉速。在DRV8702-Q1和DRV8703-Q1上，TI提供了相位/使能模式，其中只有一個(gè)PWM信號施加到使能引腳，而簡(jiǎn)單的邏輯高或低相位引腳控制電機的方向。邏輯電平的PWM信號直接轉換為具有正確電壓的MOSFET柵極，以完全增強高端或低端MOSFET。使用這種類(lèi)型的接口，您可以快速設計多速泵、滑動(dòng)玻璃天窗的定制運動(dòng)曲線(xiàn)、軟關(guān)閉動(dòng)力車(chē)窗、便宜的可變速擋風(fēng)玻璃雨刮器或任何其他類(lèi)型的簡(jiǎn)單運動(dòng)控制電機應用。

　　實(shí)例

　　小占用空間天窗電機模塊參考設計是一款用于天窗和車(chē)窗玻璃升降應用的固態(tài)電機控制模塊。該TI參考設計采用DRV8703-Q1柵極驅動(dòng)器，集成了電流并聯(lián)放大器以及兩個(gè)雙排封裝汽車(chē)級封裝MOSFET，與典型的繼電器解決方案相比，可創(chuàng )建非常小的功率級布局。該設計還包括兩個(gè)TI的DRV5013-Q1鎖存型霍爾傳感器，用于對電機位置進(jìn)行編碼。

　　使用TI的固態(tài)電機驅動(dòng)器設計電機控制系統將有助于減小PCB解決方案的尺寸，從而實(shí)現從同一模塊控制更多的電機。憑借我們的電機驅動(dòng)器的高集成度和簡(jiǎn)單的控制方案，設計人員可以快速、輕松地重新設計當前正在使用繼電器的大多數現代有刷直流電機控制器電路。

　　其它資源

　　欲了解更多固態(tài)電機驅動(dòng)器參考設計，請參閱TI參考設計庫中的這些參考設計：

　　汽車(chē)12V 200W(20A)BLDC電機驅動(dòng)參考設計。

　　汽車(chē)雙軸電動(dòng)座椅有刷直流電機驅動(dòng)參考設計。

　　汽車(chē)HVAC多翼板執行器/阻尼器直流電機驅動(dòng)器參考設計。

　　欲了解汽車(chē)電機驅動(dòng)器產(chǎn)品的更多信息，請參見(jiàn)DRV8703D-Q1、DRV8703-Q1和DRV8305-Q1的產(chǎn)品頁(yè)面。

　　在此博客文章中了解更多關(guān)于TI如何將創(chuàng )新應用于于的駕駛員座椅的信息。

　　在此博客文章中閱讀更多關(guān)于汽車(chē)HVAC翼板執行器的信息。