探索汽車(chē)電動(dòng)座椅中多通道柵極驅動(dòng)器的優(yōu)勢

除非體驗過(guò)宇宙飛船，否則汽車(chē)電動(dòng)座椅可能是您體驗過(guò)的最復雜的座椅。它比飛機座椅的調節選項更多，比牙科診所的就診椅更加舒適 – 汽車(chē)電動(dòng)座椅提供了奢華的舒適度、便利性和安全性。

無(wú)論您是上下前后移動(dòng)座椅，還是調整腰托，電機都能輕松完成這些操作。除了易于移動(dòng)的優(yōu)勢之外，功能強大的汽車(chē)電動(dòng)座椅還具有其他優(yōu)勢。例如，風(fēng)扇和加熱器等座椅內功能，甚至可通過(guò)降低車(chē)內整個(gè)溫度系統的電力負荷來(lái)增大車(chē)輛的續航里程。

電動(dòng)座椅設計趨勢

鑒于汽車(chē)電動(dòng)座椅具有多個(gè)選件，制造商正在尋找驅動(dòng)多個(gè)電機的方法。設計人員過(guò)去常常使用繼電器來(lái)開(kāi)關(guān)電機電源，但繼電器由多個(gè)微小的機械部件組成，且轉速能力有限。由于繼電器存在這些缺點(diǎn)，并且在每次開(kāi)關(guān)時(shí)都會(huì )發(fā)出噪聲，因此不適合用于脈寬調制 (PWM) 來(lái)控制電機轉速。

鑒于集成電路 (IC) 的各種優(yōu)勢（包括更小的尺寸、安靜的運行、速度控制和可靠性），現在出現了使用IC代替機電繼電器的趨勢。借助IC快速、安靜的開(kāi)關(guān)，可以使用PWM進(jìn)行轉速控制，從而實(shí)現多個(gè)電機的平滑運轉和同步運行。

繼電器驅動(dòng)型座椅通常是一個(gè)繼電器僅驅動(dòng)一個(gè)電機，最初的IC設計也沿用了這種模式。在僅有幾個(gè)電機的系統中，這種復雜性是一種可以被接受的弊端。但是在功能齊全的復雜汽車(chē)座椅系統中，將多個(gè)電機的驅動(dòng)電路組合到一起的方式可以帶來(lái)顯著(zhù)的好處。包括縮減物料清單和通過(guò)使用多軸集成驅動(dòng)器的設計方法實(shí)現的更小布板空間。

多通道柵極驅動(dòng)器解決方案

TI提供專(zhuān)為電動(dòng)座椅設計的多電機汽車(chē)柵極驅動(dòng)器。DRV8714-Q1和DRV8718-Q1的半橋柵極驅動(dòng)器分別具有四個(gè)通道和八個(gè)通道。它們集成了電荷泵、電流檢測放大器和可用于多個(gè)負載的邏輯電路。一個(gè)IC可以控制多達七個(gè)不同的電機或電機和加熱器的組合，從而減少了座椅模塊所需器件的數量。

圖1顯示了DRV8714-Q1通過(guò)共用半橋驅動(dòng)來(lái)控制三個(gè)電機，它可以單獨操作其中的任何電機，也可以同時(shí)運行特定組合。您可以選擇最適合電機特性的金屬氧化物半導體場(chǎng)效應晶體管(MOSFET)，并調整DRV8714-Q1的寄存器以?xún)?yōu)化性能。

圖1 由DRV8714-Q1汽車(chē)柵極驅動(dòng)器驅動(dòng)的三電機座椅

驅動(dòng)靈活性

憑借多達八個(gè)的半橋驅動(dòng)器通道，DRV8718-Q1能夠靈活地使用合適數量的MOSFET來(lái)驅動(dòng)雙向電機、單向電機（如風(fēng)扇）和非電機負載（如加熱器）；其中，每個(gè)MOSFET專(zhuān)為特定的負載量身定制。

圖2顯示了控制四個(gè)座椅電機、一個(gè)風(fēng)扇和一個(gè)加熱器的DRV8718-Q1。風(fēng)扇（單向旋轉）僅需要一個(gè)半橋，而加熱器僅需要一個(gè)高邊MOSFET，從而使設計減少了外部晶體管的數量 – 這一切都歸功于多通道柵極驅動(dòng)器的靈活性。

圖2 驅動(dòng)多個(gè)電機、一個(gè)加熱器和一個(gè)風(fēng)扇的DRV8718-Q1汽車(chē)柵極驅動(dòng)器

由于可以靈活地選擇每個(gè)最適合相應負載的外部MOSFET，因此低漏源通態(tài)電阻MOSFET能夠被用來(lái)提高大電流應用中的熱性能。DRV8718-Q1系列通過(guò)調整柵極電流來(lái)控制轉換壓擺率，有利于提高電磁兼容性。您還可以通過(guò)更改MOSFET來(lái)使座椅模塊適應各種電機，無(wú)需改變整體設計。

簡(jiǎn)化的接口

單芯片的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以顯著(zhù)減少發(fā)送到微控制器(MCU)的信號。MCU只需使用四個(gè)引腳（使用串行外設接口 [SPI]），即可通過(guò)單個(gè)DRV8718-Q1控制多達八個(gè)半橋，甚至在菊花鏈配置中控制更多通道，如圖3所示。這種控制包括每個(gè)半橋的參數設置、晶體管的獨立或協(xié)調控制以及診斷監控。

圖3 使用從MCU到DRV8718-Q1汽車(chē)柵極驅動(dòng)器的菊花鏈配置控制16個(gè)半橋

統一控制可減少 MCU 的工作量。只需一條命令，MCU 即可啟用所有驅動(dòng)器；通過(guò)一次寄存器讀取，MCU 可以判斷是否有電機出現故障。后續的 SPI 讀取可以確定發(fā)生故障的通道和詳細信息（如需要）。

結語(yǔ)

汽車(chē)電動(dòng)座椅持續提供更高的舒適性和便利性。不過(guò)，要驅動(dòng)其電機，還需要解決一些設計挑戰。多通道柵極驅動(dòng)器可以將多個(gè)通道集成到單個(gè)芯片中，并提供診斷和電流檢測放大器等功能，從而幫助解決這些難題。DRV8718-Q1 多通道柵極驅動(dòng)器可提供靈活、緊湊的解決方案，有助于實(shí)現汽車(chē)座椅的最新功能。