MC33289在汽車(chē)防抱死制動(dòng)系統中的應用

摘   要：MC33289是Motorola公司推出的SMARTMOS智能模擬芯片中的高端驅動(dòng)器。本文將其應用在汽車(chē)防抱死制動(dòng)系統(ABS)中 ，通過(guò)CPU和FPGA的設計，實(shí)現在驅動(dòng)電磁閥的同時(shí)對電磁閥及整個(gè)驅動(dòng)部分進(jìn)行靜態(tài)和動(dòng)態(tài)檢測的功能。
關(guān)鍵詞：MC33289；防抱死制動(dòng)系統(ABS)；FPGA

MC33289性能
MC33289是Motorola公司推出的高端驅動(dòng)芯片，主要應用在汽車(chē)和工業(yè)領(lǐng)域驅動(dòng)電磁閥等典型的感性負載。此器件在同一表貼封裝中包含兩個(gè)功率輸出開(kāi)關(guān)，每個(gè)開(kāi)關(guān)由一個(gè)源漏導通電阻RDS(on)為40mΩ的N溝道功率MOSFET和相應的電流、溫度敏感電路組成，可直接與微處理器接口，進(jìn)行輸入控制和輸出診斷監測。 每路輸出峰值電流5A，均有獨立的過(guò)流、欠過(guò)壓診斷和保護，并具有過(guò)溫關(guān)斷性能。開(kāi)路負載檢測使能引腳(OLDE)在邏輯低時(shí)將開(kāi)路負載電流源禁止，漏電流降至最低，器件在待機模式下的靜態(tài)電流非常低。

MC33289的具體應用
本文以汽車(chē)氣制動(dòng)四通道ABS系統為研究對象，執行器采用額定電壓為24VDC、額定電流約為1.6A 的WABCO電磁閥，其中包含一個(gè)進(jìn)氣線(xiàn)圈和一個(gè)排氣線(xiàn)圈，通過(guò)給進(jìn)氣閥門(mén)(EV)、排氣閥門(mén)(AV)輸入電壓信號進(jìn)行驅動(dòng)，其控制真值表如表1所示。
當前普遍采用的電磁閥驅動(dòng)電路均由分立元件組成，以功率晶體管為主，輔以吸收回路、光耦隔離等以保證可靠性，要對其進(jìn)行故障監測還需專(zhuān)門(mén)的自診斷回路。本設計用四片MC33289取代傳統的多路驅動(dòng)電路，單通道電磁閥的控制電路如圖1所示。主CPU采用Motorola HCS12系列16位MCU MC9S12DP256，由其PWM模塊產(chǎn)生驅動(dòng)信號至電磁閥，調節制動(dòng)壓力。從圖1可以看出，由于MC33289可直接與微處理器進(jìn)行接口，所以系統結構非常簡(jiǎn)單。無(wú)驅動(dòng)信號，即IN=“0”時(shí)，開(kāi)關(guān)關(guān)斷，OUT輸出0V；IN=“1”時(shí)，開(kāi)關(guān)打開(kāi)，OUT輸出電壓等于電源電壓24V。
FPGA主要負責故障檢測。實(shí)際應用中，系統首先需要在汽車(chē)點(diǎn)火后進(jìn)行靜態(tài)自檢，包括閥是否開(kāi)路、對地短路、對電源短路等，無(wú)故障方可起動(dòng)，否則通過(guò)ABS指示燈向駕駛員發(fā)出故障警告；在行駛過(guò)程中，系統需定時(shí)進(jìn)行動(dòng)態(tài)自檢，除上述電磁閥狀態(tài)外還要檢查閥驅動(dòng)信號是否與CPU的控制邏輯相符。因此安全檢測FPGA的功能可相應分為兩塊：對閥狀態(tài)及其驅動(dòng)狀況的監測。
前者可充分利用MC33289的自檢功能，St引腳直接與負責安全檢測的FPGA相連，一旦電磁閥出現故障，如短路或斷路，St即自動(dòng)置低，FPGA接收到信號后立刻關(guān)斷相應的繼電器，中斷此通道的ABS功能，同時(shí)點(diǎn)亮故障顯示燈“valve_fault”。對閥驅動(dòng)狀況的檢測通過(guò)比較MC33289的輸出OUT與輸入IN來(lái)完成。在正常情況下同一路的兩個(gè)邏輯值應相等，同時(shí)為“1”或“0”，即OUT1=IN1，OUT2=IN2。若IN≠OUT，則說(shuō)明驅動(dòng)芯片出現故障，FPGA即切斷相應繼電器，并點(diǎn)亮故障顯示燈“drive_fault”。由于OUT的輸出電壓為24V，而FPGA I/O引腳要求的VIH為2.0~5V，故采用R1、R2分壓，并用5V穩壓管DZ將電壓箝位，實(shí)際中測得電壓為4.8~5V。FPGA的程序框圖如圖2所示。
FPGA的設計由四個(gè)步驟組成：設計輸入、實(shí)現、校驗和芯片編程。本文采用VHDL語(yǔ)言文本輸入，經(jīng)綜合、仿真、實(shí)現后通過(guò)Xchecker電纜下載至Xilinx芯片中。以下是FPGA電磁閥部分的實(shí)體描述：
entity MC33289 is
         port  (
                IN1，IN2，OUT1，OUT2，ST1，ST2：in std_logic；
                OLDE，valve_fault，drive_fault，ABSrelay：out std_logic
                )；
     end MC33289；
DP256采用C和匯編語(yǔ)言聯(lián)合編程，以BDM方式下載。調試過(guò)程中為方便起見(jiàn)可只接一個(gè)電磁閥或閥線(xiàn)圈，為了避免不必要的報錯，讓FPGA輸出OLDE=“0”，禁止開(kāi)路負載檢測，正常工作時(shí)OLDE=“1”，使其有效。開(kāi)路負載檢測在關(guān)斷期間進(jìn)行，因此系統一上電即可自動(dòng)檢測電磁閥的斷路故障，符合汽車(chē)點(diǎn)火后故障自檢的實(shí)際要求。

結語(yǔ)
MC33289集驅動(dòng)和檢測功能于一身，應用在A(yíng)BS控制系統中后因其RDS(on)很小，功耗低，提高了開(kāi)關(guān)效率，同時(shí)縮小了PCB板空間，降低了成本，提高了整個(gè)系統的可靠性。 ■

參考文獻
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5 潘松, 王國棟.  VHDL實(shí)用教程[M].  成都：電子科技大學(xué)出版社，2000
6 Xilinx DataSource, CD-ROM, Rev.6, 01-2002