用于汽車自動空調的電源、電機驅動及分立元件方案

汽車空調的電源供電

如圖2的汽車空調系統(tǒng)架構圖所示，汽車空調系統(tǒng)需要為微控制器(MCU)、各種傳感器、驅動器、存儲器等供電。常見的汽車電池電壓包括12V或24V。如果采用24V系統(tǒng)供電，則需要高耐壓產(chǎn)品，加強熱管理，提升電源能效并控制成本。如果采用12V系統(tǒng)供電，則成本更具優(yōu)勢，要求較低靜態(tài)電流及采用優(yōu)化的封裝。不同供電電壓也涉及到不同的汽車空調電源供電架構圖，如下圖所示。但無論是哪種架構，都會用低壓降(LDO)穩(wěn)壓器將24V或12V電壓轉換為5V。安森美半導體提供陣容豐富的LDO產(chǎn)品，表1列出的是適合于汽車空調應用的LDO。它們能夠承受高輸入電壓，提供低靜態(tài)電流，通過的汽車行業(yè)AEC-Q100認證，符合汽車空調應用要求。

圖3：汽車空調電源轉換架構

汽車中的外部傳感器必須采用穩(wěn)定的電源，即LDO跟隨穩(wěn)壓器(或稱電壓跟隨器)。這些LDO跟隨穩(wěn)壓器必須得到充分保護，以防諸如對地短路、電池短路、電池反接等故障；同時，其輸出電壓必須與參考電壓高度一致。安森美半導體提供具有完善保護功能的電壓跟隨器NCV8184，為外部傳感器供電。NCV8184是一款單片LDO跟隨穩(wěn)壓器，提供可調節(jié)的緩沖輸出電壓，且密切匹配參考輸入電壓(精度達±3 mV)。這器件的輸出電流能力為70 mA，在50 mA電流時的典型壓降僅為0.35V；靜態(tài)電流僅為70 μA。

用于汽車空調的電機驅動器

根據(jù)不同的地區(qū)及不同汽車整車廠的配置需求，汽車空調風門執(zhí)行器可以采用不同的拓撲結構，如直流電機、單極性步進電機及雙極性步進電機。

最常見的風門執(zhí)行器是直流電機，并集成位置傳感器，將風門位置信號反饋給微控制器。為控制直流電機的正轉或反轉，需要使用2個高邊(HS)開關及2個低邊(LS)開關組成全橋電路。通常情況下，這些高邊或低邊開關已經(jīng)集成各種完善的保護，如過壓保護、過載保護及過溫保護等。在步進電機方面，單極性步進電機需使用4個低邊開關，而雙極性步進電機需使用4個高邊開關和4個低邊開關。

圖4：汽車空調風門執(zhí)行器的電機結構及驅動需求

直流電機風門執(zhí)行器的工作電流一般在100mA左右，最大堵轉電流小于450mA。此外，需要H橋驅動來改變運行方向。電機驅動器還需要故障診斷報告，且提供足夠的保護功能。安森美半導體的NCV77xx系列器件可用于驅動直流電機風門執(zhí)行器，如NCV7718。NCV7718是一款六路半橋驅動器，高、低邊在驅動器芯片內部連接，并以H橋輸出。這器件以6路PMOS作為高邊驅動，6路NMOS作為低邊驅動，能夠提供0.55 A持續(xù)驅動電流，集成了內部續(xù)流二極管。NCV7718能以正向、反向、制動及高阻態(tài)工作，能夠通過16位SPI接口控制，帶有專門設計用于汽車及工業(yè)運行控制應用的保護功能，如欠壓及過壓鎖定、過流保護、過溫保護、欠載保護及鑒別故障報告等。

除了直流電機驅動器，安森美半導體還提供用于汽車空調的單極性及雙極性步進電機驅動器。安森美半導體的單極性步進電機驅動器包括NCV7608和NCV7240等。其中，NCV7608是8路高、低邊可配置驅動器，每通道能提供350 mA驅動電流，并提供完善的保護功能；NCV7240是8路低邊驅動器，每通道能提供600 mA驅動電流，可采用16位SPI接口控制，也提供完善的保護功能(如開路診斷、過載保護及過溫保護等)。這兩款器件分別采用SOIC28和SSOP24封裝。

用于汽車空調的雙極性步進電機驅動器包括AMIS-30730和NCV70501等。汽車空調的進氣風門需要采用低噪音設計，因為這個執(zhí)行器是連續(xù)工作模式。采用NCV70501這樣的雙極性步進電機驅動器可以實現(xiàn)低噪音。NCV70501通過H橋驅動步進電機，可以通過設置內部寄存器來改變電機的方向和步數(shù)等。AMIS-30730則是單芯片智能步進電機驅動器方案，內部包含雙極性步進電機驅動、微控制器(MCU)內核、LIN接口、ROM、RAM及EEPROM等。

外部負載高邊或低邊驅動器

除了風門執(zhí)行器，還需要驅動或控制外部負載，如中央電器盒。安森美半導體提供用于外部負載驅動的SmartFET，可用于高邊或低邊驅動，如NCV8440、NCV8401/2/3/5/6等低邊驅動器，以及NCV8450、NCV8452等高邊驅動器。這些SmartFET是帶保護的MOSFET，在功率MOSFET的基礎上增加了多種保護功能及高邊或低邊驅動等。以NCV8452高邊SmartFET為例，這器件的導通阻抗為200 m?，過壓保護等級為41V，輸出電流限制值為1 A，集成了豐富的保護特性，如短路保護、過載保護、過溫關斷及自動重啟、內部鉗位二極管過壓保護、ESD保護 及邏輯電平控制等。