汽車雨刷系統(tǒng)的解決方案

　　低ECU消耗電流的重要性正日漸凸顯。為確保未激活I(lǐng)C的靜態(tài)電流很低，需采用專用的喚醒和休眠模式。雨刷器應(yīng)用的典型功能劃分如圖4所示，由微控制器、為微控制器供電的電壓調(diào)節(jié)器以及其它分立元件(如霍爾傳感器)組成。出于安全的考慮，需要在系統(tǒng)中加入一個(gè)看門狗，這是因?yàn)樵谟曛旭{駛時(shí)，雨刷器損壞可能會(huì)導(dǎo)致危險(xiǎn)。

　　為進(jìn)一步防止系統(tǒng)出現(xiàn)故障，用于汽車的IC需具備許多功能，如過熱關(guān)閉、過壓和欠壓保護(hù)以及防短路全保護(hù)，還要滿足嚴(yán)格的車輛認(rèn)證要求(防傳導(dǎo)干擾、EMC 及ESD保護(hù))。為解決這些問題并滿足以上功能要求，Atmel公司開發(fā)了一款高度集成的柵極驅(qū)動(dòng)器IC ATA6026。這款柵極驅(qū)動(dòng)器IC包括一個(gè)5V/100mA電壓調(diào)節(jié)器加上一個(gè)看門狗，從而減少了要求較小PCB面積的小型設(shè)計(jì)所需外部元件數(shù)，這在機(jī)電系統(tǒng)中十分關(guān)鍵。該款I(lǐng)C可實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制，因而這項(xiàng)功能無需在微控制器中增加任何存儲(chǔ)器。視窗看門狗在窗口打開期間由微控制器通過WD引腳從低電平向高電平轉(zhuǎn)換而觸發(fā)。如果看門狗檢測(cè)到窗口錯(cuò)誤，即在窗口打開時(shí)未觸發(fā)或者在窗口關(guān)閉時(shí)錯(cuò)誤觸發(fā)，將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位脈沖。

　　圖5中的框圖給出了實(shí)現(xiàn)的功能和典型應(yīng)用的原理圖。微控制器通過提供一個(gè)PWM速度信號(hào)和一個(gè)方向信號(hào)來控制IC的驅(qū)動(dòng)功能。由于該芯片必須驅(qū)動(dòng)外部H橋的柵極，因此它采用兩個(gè)推挽式驅(qū)動(dòng)器來控制被用作高端驅(qū)動(dòng)器的兩個(gè)外部功率NMOS FET，另外兩個(gè)推挽式驅(qū)動(dòng)器則用來控制被用作低端驅(qū)動(dòng)器的兩個(gè)外部功率NMOS FET。驅(qū)動(dòng)器可與標(biāo)準(zhǔn)或邏輯電平功率NMOS FET一起使用。高端控制驅(qū)動(dòng)器采用外部自舉電容給柵極提供高于電池電壓8V～14V的電壓。逆向控制電機(jī)同樣可以實(shí)現(xiàn)。通過利用電荷泵給高端驅(qū)動(dòng)器的柵極供電，在兩個(gè)方向上都有可能達(dá)到100%的占空比。為防止H橋出現(xiàn)高峰值電流，采用非重疊相位實(shí)現(xiàn)外部功率NMOS晶體管的切換。交叉導(dǎo)通時(shí)間由外部 RC組合電路定義。

　　低功率和低壓降片上電壓調(diào)節(jié)器被用于內(nèi)部和外部電壓源。作為功率元件的外部晶體管有助于降低功耗。在非激活狀態(tài)下，器件的休眠模式可確保靜態(tài)電流極低(通常為35微安)。對(duì)于6~9V的電池電壓而言，調(diào)節(jié)后的輸出電壓為5V±10%;電池電壓超過9V時(shí)，調(diào)節(jié)后的輸出電壓為5V±3%。為預(yù)防外部NPN管和 IC的損壞，可用一個(gè)感測(cè)電阻來檢測(cè)電壓調(diào)節(jié)器輸出電流。如果出現(xiàn)過電流，則電壓調(diào)節(jié)器可將電流限制到特定值。這意味著如果電壓調(diào)節(jié)器的功能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏髡{(diào)節(jié)器的功能，則輸出電壓將降到一個(gè)極低的值。如果出現(xiàn)永久的導(dǎo)通狀態(tài)(100% PWM，不提供自舉功能)，全集成充電泵仍然可以為高端驅(qū)動(dòng)器外部功率MOSFET的柵極供電。此外，用于反向電池保護(hù)的外部功率NMOS的柵極可由充電泵輸出供電。

　　如前文所述，ECU應(yīng)用需具備休眠功能以滿足低電流消耗的要求。在ATA6026的休眠模式下，可以使用引腳 EN或數(shù)據(jù)喚醒IC。僅有幾個(gè)模塊處于喚醒狀態(tài)(帶隙、帶有100nF外部隔直電容的內(nèi)部5V電壓調(diào)節(jié)器、用于檢測(cè)EN引腳閾值的輸入結(jié)構(gòu)和SCI接收部分的喚醒模塊)。上電缺省狀態(tài)為激活模式。為實(shí)現(xiàn)兩個(gè)模式之間的轉(zhuǎn)變，可采取3個(gè)步驟。除了激活/去激活EN引腳之外，還存在著通過利用SCI收發(fā)器實(shí)現(xiàn)喚醒功能的第二種方法。在休眠模式下，SCI收發(fā)器處于部分激活并工作在單端模式下。如果用SCI實(shí)現(xiàn)激活功能，則EN引腳可保持低電平而不影響激活模式。

　　由于電壓調(diào)節(jié)器、運(yùn)動(dòng)控制功能、看門狗和通信接口都集成在采用小型QFN封裝的單芯片上，系統(tǒng)總成本得到了降低，同時(shí)在幾乎所有無需適配的電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用中，輸出級(jí)都保持了即插即用的靈活性。運(yùn)動(dòng)控制屬于IC的一部分，僅有PWM速度信號(hào)和方向信息必須由微控制器提供。兩個(gè)診斷引腳可實(shí)現(xiàn)故障安全功能。