基于Atmel半導(dǎo)體方案的汽車雨刷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

ECU消耗電流要低這一要求的重要性不斷增長。為能夠保證待用IC的靜態(tài)電流低，要采用專用喚醒和休眠模式。雨刷器應(yīng)用的典型功能劃分見圖4示，由微控制器、微控制器供電穩(wěn)壓器以及其他如霍爾傳感器的分立元件組成。為安全起見，例如在雨中駕駛時(shí)，雨刷器損壞可能就很危險(xiǎn)，這就要求系統(tǒng)有一看門狗。

　　為進(jìn)一步防止系統(tǒng)出現(xiàn)故障，要求汽車IC具備很多功能，如過熱關(guān)閉、過壓和欠壓保護(hù)、以及防短路全保護(hù)，要滿足嚴(yán)格的汽車鑒定要求(防傳導(dǎo)干擾，EMC和ESD保護(hù))。為解決這些問題，滿足以上要求，Atmel公司開發(fā)了ATA6026這一高度集成的柵極驅(qū)動(dòng)器IC。該柵極驅(qū)動(dòng)器IC包括一個(gè)5V/100mA穩(wěn)壓器加一個(gè)看門狗，對(duì)要求PCB面積較小的較小型設(shè)計(jì)，這就減少了外部元件數(shù)，這在機(jī)電方案中很關(guān)鍵。該IC進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制，因此這一功能不需要在微控制器中增加任何存儲(chǔ)器?？撮T狗執(zhí)行窗口看門狗的功能，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)化時(shí)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)生復(fù)位脈沖。

　　圖5中的框圖給出了要實(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PWM速度信號(hào)和一方向信號(hào)來控制IC的驅(qū)動(dòng)功能。因?yàn)樵撔酒仨汄?qū)動(dòng)外部H橋的柵極，所以包含有兩個(gè)推挽式驅(qū)動(dòng)器，用來控制兩個(gè)用作高端驅(qū)動(dòng)器的外部功率NMOS FET，另外還有兩個(gè)推挽式驅(qū)動(dòng)器，用來控制兩個(gè)用作低端驅(qū)動(dòng)器的外部功率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)器使用外部自舉電容器給柵極提供超過電池電壓8V～14V的電壓。也可以逆向控制電機(jī)。采用電荷泵給高端驅(qū)動(dòng)器的柵極供電，這樣在兩個(gè)方向上都可能達(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組合決定。

　　內(nèi)部和外部電壓源采用低功率和低壓降片上穩(wěn)壓器。一個(gè)用作功率元件的外部晶體管有助于降低功耗。在待用期間，器件的休眠模式能保證靜態(tài)電流很低，通常為35微安。對(duì)于6V～9V的電池電壓，穩(wěn)壓輸出為5V ± 10%；電池電壓超過9V時(shí)，穩(wěn)壓輸出為5V ± 3%。為防止外部NPN管和IC的損壞，用一感測(cè)電阻檢測(cè)穩(wěn)壓器輸出電流。萬一出現(xiàn)過電流，穩(wěn)壓器就將電流限制到指定的水平。也就是說，如果穩(wěn)壓器特性變?yōu)榉€(wěn)流器特性，則輸出電壓將擊穿。即使出現(xiàn)永久的導(dǎo)通狀態(tài)(100% PWM，自舉功能不存在了)，全集成充電泵仍能給高端驅(qū)動(dòng)器的外部功率MOSFET的柵極供電。另外，用作反向電池保護(hù)的外部功率NMOS的柵極可由充電泵輸出供電。

　　前面已經(jīng)提到，ECU應(yīng)用要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。只有幾個(gè)模塊處于換醒狀態(tài)(帶隙、帶有100 nF外部隔直電容的內(nèi)部5V穩(wěn)壓器、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)。上電缺省態(tài)為激活模式。為了在兩個(gè)模式間變化，采用3個(gè)步驟。除激活/不激活EN引腳外，還有通過使用SCI收發(fā)器實(shí)現(xiàn)的第二種喚醒方法。在休眠模式下，SCI收發(fā)器部分激活并在單端模式下工作。如果用SCI去激活，則EN引腳能保持低電平，而不干擾激活模式。

　　由于穩(wěn)壓器、運(yùn)動(dòng)控制、看門狗和通信接口都集成在采用小型QFN封裝的單芯片上，因此可降低系統(tǒng)總成本，同時(shí)對(duì)幾乎所有種類的電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用，無需適配，輸出級(jí)仍具有即插即用的靈活性。IC包含有運(yùn)動(dòng)控制部分，只是PWM速度信號(hào)和方向信息必須由微控制器提供。有兩個(gè)診斷引腳，使故障安全功能成為可能。