英飛凌車門(mén)模塊的驅(qū)動(dòng)策略綜述
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至今采用繼電器的策略仍在被廣泛使用，主要原因是硬件成本較低、技術(shù)成熟并且能很好地處理大電流。然而，該策略也有許多缺點(diǎn)為人們所知：
1．繼電器解決方案需要較多的外部元件組成基本電路，如保險(xiǎn)絲、前置驅(qū)動(dòng)器(一般是一對(duì)達(dá)林頓管)和飛輪二極管；
2．繼電器不能為自身和整機(jī)提供任何保護(hù)；
3．繼電器自己沒(méi)有任何診斷功能。它需要分流電阻和運(yùn)放等外部器件才能實(shí)現(xiàn)電流監(jiān)測(cè)；
4．繼電器解決方案無(wú)法實(shí)現(xiàn)PWM控制；
5．通常繼電器本身體積比較大，需要保險(xiǎn)絲盒；
6．作為一種移動(dòng)部件，繼電器的機(jī)械可靠性較低；
7．當(dāng)要求開(kāi)關(guān)次數(shù)較多(如轉(zhuǎn)向燈應(yīng)用)時(shí)，繼電器的電子壽命很有限；
8．保險(xiǎn)絲和繼電器解決方案發(fā)熱比較大，因?yàn)槔^電器線圈和觸點(diǎn)以及保險(xiǎn)絲本身和分流電阻都有較大的功率損失。
智能開(kāi)關(guān)和橋的出現(xiàn)為解決以上問(wèn)題打開(kāi)了大門(mén)。一些新的器件，如英飛凌的NovalithIC，可以為大電流電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)提供合適的解決方案。
BTS7960是NovalithIC全集成大電流半橋系列產(chǎn)品中的第一位成員，它在一個(gè)TO-263封裝中包含了三個(gè)獨(dú)立的芯片：一個(gè)p溝道MOSFET作為其高側(cè)基片，一個(gè)n溝道MOSFET作為其低側(cè)基片，還有一個(gè)驅(qū)動(dòng)器芯片。這三個(gè)芯片利用芯片堆疊(chip-on-chip)和芯片相鄰(chip-by-chip)技術(shù)安裝在一個(gè)共同的引線框架(lead-frame)內(nèi)。
BTS7960的路徑RDS(ON)在25℃時(shí)為17毫歐，其p溝道和n溝道MOSFET采用不同的工藝制造，從而保證了高側(cè)和低側(cè)開(kāi)關(guān)的快速開(kāi)閉，還可避免出現(xiàn)交叉電流。這種設(shè)計(jì)有別于使用電荷泵、最大開(kāi)關(guān)頻率有限的大多數(shù)橋，因此有助于實(shí)現(xiàn)高頻PWM控制方案和一些新的功能，如“軟”開(kāi)/關(guān)窗戶，并具有很好的EMI性能。
驅(qū)動(dòng)器IC直接與微控制器相連，可執(zhí)行全面的保護(hù)和診斷功能。保護(hù)功能包括限流、欠壓/過(guò)壓閉鎖、過(guò)溫和完全短路保護(hù)。診斷功能包括故障狀態(tài)標(biāo)志和電流監(jiān)測(cè)，后者在實(shí)現(xiàn)防夾斷策略時(shí)通常是必需的。一些特殊功能如集成的空載時(shí)間產(chǎn)生也被集成在里面以輔助直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)。
因此BTS7960是車門(mén)模塊中帶保護(hù)的大電流電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用中繼電器方案的極佳替代品。用BTS7960驅(qū)動(dòng)升窗電機(jī)等大型負(fù)載的典型應(yīng)用電路如圖2所示。
圖2： BTS7960的一個(gè)典型應(yīng)用電路。
小型負(fù)載驅(qū)動(dòng)策略：ASSP還是標(biāo)準(zhǔn)芯片？
一般來(lái)說(shuō)有兩種方法驅(qū)動(dòng)小型負(fù)載，如后視鏡電機(jī)、燈、LED、后視鏡加熱線圈甚至鎖門(mén)電機(jī)。第一種方法是使用專用的功率ASSP，第二種方法是使用分立的標(biāo)準(zhǔn)器件。
各種要求的匯總以及降低系統(tǒng)成本的強(qiáng)烈需求使得平臺(tái)概念在車門(mén)模塊這樣的應(yīng)用領(lǐng)域中越來(lái)越流行。為了滿足這種需要，高度集成的功率ASSP十分理想。這種器件提供的優(yōu)秀解決方案不僅能節(jié)省PCB面積和貼裝設(shè)備成本，還能提高系統(tǒng)質(zhì)量和良品率。同時(shí)，其巨大的產(chǎn)量也能有效地降低單元成本，進(jìn)一步促進(jìn)這種ASSP開(kāi)發(fā)，并使它們成功商用化。另外，先進(jìn)的半導(dǎo)體技術(shù)保證了ASSP能以可靠和高性價(jià)比的方式進(jìn)行開(kāi)發(fā)和制造。TLE8201R就是這樣一款用于車門(mén)模塊應(yīng)用的功率ASSP。
TLE8201R包含用于驅(qū)動(dòng)典型的前門(mén)系統(tǒng)中較小負(fù)載所必需的功率電路，這些負(fù)載包括門(mén)鎖、后視鏡折疊和調(diào)節(jié)電機(jī)、后視鏡加熱和4個(gè)5W的燈(如轉(zhuǎn)向燈、安全燈、后視鏡燈或控制面板照明燈)。TLE8201R是采用英飛凌公司最新SPT6技術(shù)制造的單片集成電路，該技術(shù)融合了混合技術(shù)與先進(jìn)的大功率鍍銅和側(cè)面DMOS工藝。這種技術(shù)有較低的導(dǎo)通電阻、更高的電流容量和更強(qiáng)的可重復(fù)鉗位魯棒性。
TLE8201R的另外一個(gè)重要特性是嵌入式標(biāo)準(zhǔn)串行外設(shè)接口(SPI)。SPI不僅可以節(jié)省微控制器的I/O管腳數(shù)量，而且能夠靈活控制功率電路，通過(guò)錯(cuò)誤標(biāo)志快速進(jìn)行詳細(xì)的故障診斷。這種診斷功能包括對(duì)每個(gè)單獨(dú)通道進(jìn)行過(guò)載或負(fù)載開(kāi)路檢測(cè)，對(duì)整個(gè)器件進(jìn)行溫度預(yù)警及電流檢測(cè)輸出。還有各種保護(hù)功能，如短路和過(guò)溫保護(hù)。兩個(gè)直接PWM通道可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)諸如“軟”啟動(dòng)/停止后視鏡加熱、車內(nèi)照明的劇院燈光效果或在控制面板背光燈應(yīng)用中補(bǔ)償LED亮度等級(jí)等功能。采用的DSO-36封裝包含了具有較低熱阻的全尺寸散熱片，可確保模塊在正常條件甚至最壞環(huán)境下正常工作。圖3是采用TLE8201R的一個(gè)車門(mén)模塊設(shè)計(jì)例子。
圖3： 采用TLE8201R的一個(gè)完整車門(mén)模塊的框圖。
與車門(mén)模塊專用功率ASSP相比，多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)芯片解決方案在系統(tǒng)配置中更加靈活，特別是在一些負(fù)載(如后視鏡折疊)不需要時(shí)。設(shè)計(jì)師可以更自由地選擇完全匹配每個(gè)負(fù)載特性的各個(gè)驅(qū)動(dòng)器。這些驅(qū)動(dòng)器可以是基于繼電器的器件或智能器件。
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