安森美半導體汽車自適應前照燈系統(tǒng)步進電機驅(qū)動方案
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圖3：AFS控制大燈結(jié)構(gòu)圖
要有效地驅(qū)動AFS中的步進電機，必須采用適合的步進電機驅(qū)動器方案。安森美半導體提供用于AFS的多種步進電機驅(qū)動器方案，包括AMIS-30621、AMIS-30623、NCV70521和NCV70522。這些步進電機驅(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)置看門狗復位信號。
從應用角度看，AFS步進電機驅(qū)動方案分為直接驅(qū)動和機電一體化產(chǎn)品應用兩類。對比之下，NCV70522采用直接驅(qū)動，步進電機驅(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的信號連接線，適合中、高集成度執(zhí)行計劃方案應用;而AMIS-30623適合機電一體化應用方案，步進電機驅(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)行計劃方案應用，如圖4。
圖4：直接驅(qū)動和機電一體化產(chǎn)品應用對比
具有堵轉(zhuǎn)偵測功能的步進驅(qū)動芯片AMIS-30623是一款采用LIN通信的單芯片微步進電機驅(qū)動器與控制器。它是通過LIN建立與主機遠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、改進低電壓管理、改進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險。該方案的市場及應用涵蓋汽車頭燈執(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為進入下一步，根據(jù)電流表輸出對應的Ix和Iy;DIR為電機運轉(zhuǎn)方向控制。如圖5。
圖5：控制要素
SLA(速度負載模擬)信號是由SLA引腳采樣和提供的信號，可應用于電機堵轉(zhuǎn)和共振特性檢測。成功的設(shè)計需要理解Vbemf(反電動勢)信號的特性。Vbemf與電機線圈繞組電流(ICOIL)相位延遲的信號被稱為負載角。反電動勢的幅值隨轉(zhuǎn)子速度和負載角的變化受電機負載條件的影響。當線圈中無電流狀態(tài)( =電流過零點)時，Vbemf是可見的，如圖6。
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