用于汽車(chē)自動(dòng)空調的電源、電機驅動(dòng)及分立元件方案

汽車(chē)空調的電源供電

如圖2的汽車(chē)空調系統架構圖所示，汽車(chē)空調系統需要為微控制器(MCU)、各種傳感器、驅動(dòng)器、存儲器等供電。常見(jiàn)的汽車(chē)電池電壓包括12V或24V。如果采用24V系統供電，則需要高耐壓產(chǎn)品，加強熱管理，提升電源能效并控制成本。如果采用12V系統供電，則成本更具優(yōu)勢，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(chē)空調電源供電架構圖，如下圖所示。但無(wú)論是哪種架構，都會(huì )用低壓降(LDO)穩壓器將24V或12V電壓轉換為5V。安森美半導體提供陣容豐富的LDO產(chǎn)品，表1列出的是適合于汽車(chē)空調應用的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(chē)行業(yè)AEC-Q100認證，符合汽車(chē)空調應用要求。

圖3：汽車(chē)空調電源轉換架構

汽車(chē)中的外部傳感器必須采用穩定的電源，即LDO跟隨穩壓器(或稱(chēng)電壓跟隨器)。這些LDO跟隨穩壓器必須得到充分保護，以防諸如對地短路、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。安森美半導體提供具有完善保護功能的電壓跟隨器NCV8184，為外部傳感器供電。NCV8184是一款單片LDO跟隨穩壓器，提供可調節的緩沖輸出電壓，且密切匹配參考輸入電壓(精度達±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(chē)空調的電機驅動(dòng)器

根據不同的地區及不同汽車(chē)整車(chē)廠(chǎng)的配置需求，汽車(chē)空調風(fēng)門(mén)執行器可以采用不同的拓撲結構，如直流電機、單極性步進(jìn)電機及雙極性步進(jìn)電機。

最常見(jiàn)的風(fēng)門(mén)執行器是直流電機，并集成位置傳感器，將風(fēng)門(mén)位置信號反饋給微控制器。為控制直流電機的正轉或反轉，需要使用2個(gè)高邊(HS)開(kāi)關(guān)及2個(gè)低邊(LS)開(kāi)關(guān)組成全橋電路。通常情況下，這些高邊或低邊開(kāi)關(guān)已經(jīng)集成各種完善的保護，如過(guò)壓保護、過(guò)載保護及過(guò)溫保護等。在步進(jìn)電機方面，單極性步進(jìn)電機需使用4個(gè)低邊開(kāi)關(guān)，而雙極性步進(jìn)電機需使用4個(gè)高邊開(kāi)關(guān)和4個(gè)低邊開(kāi)關(guān)。

圖4：汽車(chē)空調風(fēng)門(mén)執行器的電機結構及驅動(dòng)需求

直流電機風(fēng)門(mén)執行器的工作電流一般在100mA左右，最大堵轉電流小于450mA。此外，需要H橋驅動(dòng)來(lái)改變運行方向。電機驅動(dòng)器還需要故障診斷報告，且提供足夠的保護功能。安森美半導體的NCV77xx系列器件可用于驅動(dòng)直流電機風(fēng)門(mén)執行器，如NCV7718。NCV7718是一款六路半橋驅動(dòng)器，高、低邊在驅動(dòng)器芯片內部連接，并以H橋輸出。這器件以6路PMOS作為高邊驅動(dòng)，6路NMOS作為低邊驅動(dòng)，能夠提供0.55 A持續驅動(dòng)電流，集成了內部續流二極管。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(zhuān)門(mén)設計用于汽車(chē)及工業(yè)運行控制應用的保護功能，如欠壓及過(guò)壓鎖定、過(guò)流保護、過(guò)溫保護、欠載保護及鑒別故障報告等。

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

用于汽車(chē)空調的雙極性步進(jìn)電機驅動(dòng)器包括AMIS-30730和NCV70501等。汽車(chē)空調的進(jìn)氣風(fēng)門(mén)需要采用低噪音設計，因為這個(gè)執行器是連續工作模式。采用NCV70501這樣的雙極性步進(jìn)電機驅動(dòng)器可以實(shí)現低噪音。NCV70501通過(guò)H橋驅動(dòng)步進(jìn)電機，可以通過(guò)設置內部寄存器來(lái)改變電機的方向和步數等。AMIS-30730則是單芯片智能步進(jìn)電機驅動(dòng)器方案，內部包含雙極性步進(jìn)電機驅動(dòng)、微控制器(MCU)內核、LIN接口、ROM、RAM及EEPROM等。

外部負載高邊或低邊驅動(dòng)器

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