探索汽車電動(dòng)座椅中多通道柵極驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)勢(shì)

除非體驗(yàn)過宇宙飛船，否則汽車電動(dòng)座椅可能是您體驗(yàn)過的最復(fù)雜的座椅。它比飛機(jī)座椅的調(diào)節(jié)選項(xiàng)更多，比牙科診所的就診椅更加舒適 – 汽車電動(dòng)座椅提供了奢華的舒適度、便利性和安全性。

無論您是上下前后移動(dòng)座椅，還是調(diào)整腰托，電機(jī)都能輕松完成這些操作。除了易于移動(dòng)的優(yōu)勢(shì)之外，功能強(qiáng)大的汽車電動(dòng)座椅還具有其他優(yōu)勢(shì)。例如，風(fēng)扇和加熱器等座椅內(nèi)功能，甚至可通過降低車內(nèi)整個(gè)溫度系統(tǒng)的電力負(fù)荷來增大車輛的續(xù)航里程。

電動(dòng)座椅設(shè)計(jì)趨勢(shì)

鑒于汽車電動(dòng)座椅具有多個(gè)選件，制造商正在尋找驅(qū)動(dòng)多個(gè)電機(jī)的方法。設(shè)計(jì)人員過去常常使用繼電器來開關(guān)電機(jī)電源，但繼電器由多個(gè)微小的機(jī)械部件組成，且轉(zhuǎn)速能力有限。由于繼電器存在這些缺點(diǎn)，并且在每次開關(guān)時(shí)都會(huì)發(fā)出噪聲，因此不適合用于脈寬調(diào)制 (PWM) 來控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。

鑒于集成電路 (IC) 的各種優(yōu)勢(shì)（包括更小的尺寸、安靜的運(yùn)行、速度控制和可靠性），現(xiàn)在出現(xiàn)了使用IC代替機(jī)電繼電器的趨勢(shì)。借助IC快速、安靜的開關(guān)，可以使用PWM進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制，從而實(shí)現(xiàn)多個(gè)電機(jī)的平滑運(yùn)轉(zhuǎn)和同步運(yùn)行。

繼電器驅(qū)動(dòng)型座椅通常是一個(gè)繼電器僅驅(qū)動(dòng)一個(gè)電機(jī)，最初的IC設(shè)計(jì)也沿用了這種模式。在僅有幾個(gè)電機(jī)的系統(tǒng)中，這種復(fù)雜性是一種可以被接受的弊端。但是在功能齊全的復(fù)雜汽車座椅系統(tǒng)中，將多個(gè)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路組合到一起的方式可以帶來顯著的好處。包括縮減物料清單和通過使用多軸集成驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)的更小布板空間。

多通道柵極驅(qū)動(dòng)器解決方案

TI提供專為電動(dòng)座椅設(shè)計(jì)的多電機(jī)汽車柵極驅(qū)動(dòng)器。DRV8714-Q1和DRV8718-Q1的半橋柵極驅(qū)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(cè)放大器和可用于多個(gè)負(fù)載的邏輯電路。一個(gè)IC可以控制多達(dá)七個(gè)不同的電機(jī)或電機(jī)和加熱器的組合，從而減少了座椅模塊所需器件的數(shù)量。

圖1顯示了DRV8714-Q1通過共用半橋驅(qū)動(dòng)來控制三個(gè)電機(jī)，它可以單獨(dú)操作其中的任何電機(jī)，也可以同時(shí)運(yùn)行特定組合。您可以選擇最適合電機(jī)特性的金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)，并調(diào)整DRV8714-Q1的寄存器以優(yōu)化性能。

圖1 由DRV8714-Q1汽車柵極驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的三電機(jī)座椅

驅(qū)動(dòng)靈活性

憑借多達(dá)八個(gè)的半橋驅(qū)動(dòng)器通道，DRV8718-Q1能夠靈活地使用合適數(shù)量的MOSFET來驅(qū)動(dòng)雙向電機(jī)、單向電機(jī)（如風(fēng)扇）和非電機(jī)負(fù)載（如加熱器）；其中，每個(gè)MOSFET專為特定的負(fù)載量身定制。

圖2顯示了控制四個(gè)座椅電機(jī)、一個(gè)風(fēng)扇和一個(gè)加熱器的DRV8718-Q1。風(fēng)扇（單向旋轉(zhuǎn)）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(shè)計(jì)減少了外部晶體管的數(shù)量 – 這一切都?xì)w功于多通道柵極驅(qū)動(dòng)器的靈活性。

圖2 驅(qū)動(dòng)多個(gè)電機(jī)、一個(gè)加熱器和一個(gè)風(fēng)扇的DRV8718-Q1汽車柵極驅(qū)動(dòng)器

由于可以靈活地選擇每個(gè)最適合相應(yīng)負(fù)載的外部MOSFET，因此低漏源通態(tài)電阻MOSFET能夠被用來提高大電流應(yīng)用中的熱性能。DRV8718-Q1系列通過調(diào)整柵極電流來控制轉(zhuǎn)換壓擺率，有利于提高電磁兼容性。您還可以通過更改MOSFET來使座椅模塊適應(yīng)各種電機(jī)，無需改變整體設(shè)計(jì)。

簡(jiǎn)化的接口

單芯片的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以顯著減少發(fā)送到微控制器(MCU)的信號(hào)。MCU只需使用四個(gè)引腳（使用串行外設(shè)接口 [SPI]），即可通過單個(gè)DRV8718-Q1控制多達(dá)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(shù)設(shè)置、晶體管的獨(dú)立或協(xié)調(diào)控制以及診斷監(jiān)控。

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

統(tǒng)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(qū)動(dòng)器；通過一次寄存器讀取，MCU 可以判斷是否有電機(jī)出現(xiàn)故障。后續(xù)的 SPI 讀取可以確定發(fā)生故障的通道和詳細(xì)信息（如需要）。

結(jié)語

汽車電動(dòng)座椅持續(xù)提供更高的舒適性和便利性。不過，要驅(qū)動(dòng)其電機(jī)，還需要解決一些設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。多通道柵極驅(qū)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(cè)放大器等功能，從而幫助解決這些難題。DRV8718-Q1 多通道柵極驅(qū)動(dòng)器可提供靈活、緊湊的解決方案，有助于實(shí)現(xiàn)汽車座椅的最新功能。