安森美半導(dǎo)體汽車自適應(yīng)前照燈系統(tǒng)步進(jìn)電機驅(qū)動方

汽車前照燈是安全駕駛的重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)前照燈在汽車轉(zhuǎn)彎時存在照明盲區(qū)，影響駕駛?cè)藢澋勒系K物的判斷，還存在其它安全隱患問題。為了提升安全性，如今自適應(yīng)前照燈系統(tǒng)(Adaptive Front-Light System，AFS) 在智能汽車電子產(chǎn)品中的使用越來越廣泛。AFS采用步進(jìn)電機來實時調(diào)節(jié)光束，消除照明盲區(qū)，優(yōu)化彎道可見度，有效增加駕駛安全性。安森美半導(dǎo)體針對AFS系統(tǒng)的步進(jìn)電機開發(fā)了一系列驅(qū)動芯片，為客戶的設(shè)計帶來了簡化和便捷。本文著重介紹AFS特性、步進(jìn)電機驅(qū)動IC及設(shè)計要點，更特別剖析堵轉(zhuǎn)檢測這一步進(jìn)電機驅(qū)動難點，幫助設(shè)計人員快速、準(zhǔn)確地開發(fā)出有效的AFS方案。

AFS的應(yīng)用效果及組成結(jié)構(gòu)

汽車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(diào)節(jié)，相較于傳統(tǒng)前照燈提供更加安全的照明效果。如果采用傳統(tǒng)前照燈，則其燈光跟車身的方向始終一致，在汽車轉(zhuǎn)彎時無法有效照明彎道內(nèi)側(cè)的盲區(qū)。相反，采用AFS的汽車在轉(zhuǎn)彎時，能夠根據(jù)方向盤的角度轉(zhuǎn)動，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(qū)。圖1右側(cè)列出了無AFS和有AFS進(jìn)行左右調(diào)節(jié)的實際照明效果，顯然后者對安全駕駛更加有效。

圖1：無AFS和有AFS左右調(diào)節(jié)光束的照明區(qū)域?qū)Ρ?/p>

圖2是AFS功能的水平高度調(diào)節(jié)效果。上圖是燈光在水平高度良好時的效果圖，中圖是汽車啟動或上坡時的路面顛簸燈光上揚的情況，下圖是汽車在剎車或下坡時路面顛簸燈光下沉的情況。AFS可根據(jù)車身傾斜情況實時調(diào)整中圖和下圖的燈光高度，達(dá)到上圖的效果。

圖2：AFS功能的水平高度調(diào)整效果

在圖3的AFS控制大燈結(jié)構(gòu)圖中可以看到用于水平高度調(diào)節(jié)的調(diào)高馬達(dá)和控制燈光旋轉(zhuǎn)調(diào)整的旋轉(zhuǎn)馬達(dá)。AFS控制大燈的工作原理是，AFS通過方向盤旋轉(zhuǎn)角度和車身速度計算出光道角度，方向盤旋轉(zhuǎn)角度系數(shù)為彎道的向心力，車身舒為彎道的切線，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(qū)動旋轉(zhuǎn)馬達(dá)轉(zhuǎn)到所需的彎道角度。同樣，通過車身前后軸傳感器能夠得到車身傾斜度的計算值，通過馬達(dá)修正車身傾斜度對燈光進(jìn)行水平高度調(diào)整，以適應(yīng)不同道路坡度的照明需求。

圖3：AFS控制大燈結(jié)構(gòu)圖

安森美半導(dǎo)體應(yīng)用于AFS的不同步進(jìn)電機驅(qū)動器方案

要有效地驅(qū)動AFS中的步進(jìn)電機，必須采用適合的步進(jìn)電機驅(qū)動器方案。安森美半導(dǎo)體提供用于AFS的多種步進(jìn)電機驅(qū)動器方案，包括AMIS-30621、AMIS-30623、NCV70521和NCV70522。這些步進(jìn)電機驅(qū)動器產(chǎn)品各有其側(cè)重點。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(zhuǎn)檢測功能;AMIS-30621、AMIS-30623和NCV70522內(nèi)置5V電源輸出;NCV70522內(nèi)置看門狗復(fù)位信號。

從應(yīng)用角度看，AFS步進(jìn)電機驅(qū)動方案分為直接驅(qū)動和機電一體化產(chǎn)品應(yīng)用兩類。對比之下，NCV70522采用直接驅(qū)動，步進(jìn)電機驅(qū)動芯片要求安裝在跟微控制器(MCU)同一塊印制電路板(PCB)上，且每個電機需要對應(yīng)的信號連接線，適合中、高集成度執(zhí)行計劃方案應(yīng)用;而AMIS-30623適合機電一體化應(yīng)用方案，步進(jìn)電機驅(qū)動芯片可直接安裝在電機結(jié)構(gòu)內(nèi)，只需共享地線與LIN總線信號連接，適合高集成度執(zhí)行計劃方案應(yīng)用，如圖4。

圖4：直接驅(qū)動和機電一體化產(chǎn)品應(yīng)用對比

具有堵轉(zhuǎn)偵測功能的步進(jìn)驅(qū)動芯片AMIS-30623是一款采用LIN通信的單芯片微步進(jìn)電機驅(qū)動器與控制器。它是通過LIN建立與主機遠(yuǎn)程連接的專用機電一體化解決方案。該芯片通過總線接收定位指令，隨后驅(qū)動電機線圈到所需的位置，可配置電流、速度、加速度和減速度等參數(shù)。該芯片內(nèi)部自帶電機堵轉(zhuǎn)檢測。其它功能包括：AMIS-30621類似功能、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(zhuǎn)檢測)，以及減小在維持情況下過溫的風(fēng)險。該方案的市場及應(yīng)用涵蓋汽車頭燈執(zhí)行器、怠速控制、液化氣閥門和懸掛閥門等。

NCV70522是帶穩(wěn)壓器和看門狗的SPI通信單芯片微步進(jìn)電機驅(qū)動芯片。它具有輸出電流選擇性、SPI接口、嵌入式5 V穩(wěn)壓器和看門狗復(fù)位等功能，是專為外設(shè)驅(qū)動微控制器簡化的電路。該芯片可通過一個輸入引腳接收脈沖信號啟動“下一步微步”命令，輸出線圈電流、微步數(shù)等，通過SPI總線設(shè)置進(jìn)行診斷反饋。其獨特功能包括：等于NCV70521 + 5 V穩(wěn)壓器及看門狗復(fù)位、透明的SPI參數(shù)、2信號控制運轉(zhuǎn)(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、兼容NCV70521、減小PCB板尺寸和BOM成本 (內(nèi)置穩(wěn)壓器)，以及提升應(yīng)用安全(內(nèi)置看門狗)。該方案適用于汽車頭燈執(zhí)行器、怠速控制、液化氣閥門、懸掛閥門、折疊式多媒體顯示器等。

AFS步進(jìn)電機驅(qū)動難點及設(shè)計要點

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(jù)電流表輸出對應(yīng)的Ix和Iy;DIR為電機運轉(zhuǎn)方向控制。如圖5。

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