【導(dǎo)讀】隨著汽車電氣系統(tǒng)中日益采用更小更智能的集成電路，現(xiàn)在是開始在解決大家熟視無(wú)睹的問(wèn)題的時(shí)候了：為什么我們?nèi)匀辉谔齑澳K、車窗玻璃升降器、動(dòng)力鎖、后擋板升降器、記憶座椅、壓縮機(jī)和泵中用繼電器控制電機(jī)？
當(dāng)然，使用繼電器進(jìn)行設(shè)計(jì)便宜而且簡(jiǎn)單，但是，考慮到其有限的使用壽命和較大的解決方案尺寸，它們的功能對(duì)于現(xiàn)代電機(jī)應(yīng)用而言似乎頗顯笨重。
對(duì)于安靜、小而安全的解決方案，固態(tài)IC是汽車電機(jī)控制應(yīng)用的最佳選擇。
解決方案尺寸
我們來(lái)比較一下兩種解決方案，如圖1所示：典型的繼電器解決方案和具有相同額定電壓和電流的等效固態(tài)解決方案。
圖1：繼電器解決方案與固態(tài)解決方案
針對(duì)解決方案尺寸，固態(tài)8mm×8mm方形扁平無(wú)引腳封裝(QFN)加上兩個(gè)雙排封裝N溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)約占繼電器解決方案電路板面積的三分之一。
看z軸，整個(gè)固態(tài)解決方案大約9毫米高，或0.035英寸。
如果要構(gòu)建電機(jī)驅(qū)動(dòng)器印刷電路板(PCB)，輕松地安裝在電機(jī)外殼的背面，TI的固態(tài)解決方案非常適合此應(yīng)用。
除了尺寸外，固態(tài)柵極驅(qū)動(dòng)器還集成了一整套保護(hù)功能，在繼電器解決方案中不得不獨(dú)立構(gòu)建這些功能。
電機(jī)電流測(cè)量
對(duì)于任何類型的電流調(diào)節(jié)，繼電器和固態(tài)系統(tǒng)都需要并聯(lián)電阻。
繼電器解決方案需要單獨(dú)的分立放大器電路來(lái)增加在檢測(cè)電阻上測(cè)量的電壓。
然后將增加的電壓發(fā)送到微控制器(MCU)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，以便MCU中的數(shù)字邏輯可以決定何時(shí)關(guān)閉電機(jī)或限制電流。
但是固態(tài)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器通常集成了低端電流并聯(lián)放大器，因此需要的唯一的分立元件是單個(gè)電流檢測(cè)電阻。
圖2顯示了集成電機(jī)驅(qū)動(dòng)IC和分立電流測(cè)量電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)之間的差異。
圖2：分立與固態(tài)電流測(cè)量
TI的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)一步采取了電流調(diào)節(jié)措施，使用連接到集成電流檢測(cè)放大器的輸出的內(nèi)部比較器集成逐周期電流斬波方法。
所需要的只是一個(gè)外部基準(zhǔn)電壓，器件將處理電流限制，釋放原來(lái)用于MCU或分立構(gòu)建的資源。
檢測(cè)放大器的輸出仍然連接到封裝引腳，但如果您只需要一定程度的電流調(diào)節(jié)，請(qǐng)考慮采用完全集成的解決方案，如DRV8702-Q1或DRV8703-Q1。
接口連接MCU
當(dāng)將繼電器和固態(tài)解決方案連接到MCU時(shí)，固態(tài)IC通?？梢詫?shí)現(xiàn)MCU通用輸入輸出(GPIO)和模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)引腳之間的直接連接。
這些IC通常具有足夠的靈活性，可將1.8、3.3或5V邏輯電平電壓與基于接地的高阻抗下拉電阻連接。
對(duì)于繼電器解決方案，為了實(shí)現(xiàn)類似的輸入控制，需要某種電流增益以控制繼電器內(nèi)的螺線管線圈。
圖3顯示了將繼電器和固態(tài)驅(qū)動(dòng)器與MCU連接的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的差異。
圖3：接口連接MCU
圖3中的繼電器解決方案概述了對(duì)摻雜N摻雜P摻雜N摻雜(NPN)雙極結(jié)型晶體管(BJT)的達(dá)林頓管的需求，兩個(gè)電阻和一個(gè)保護(hù)二極管只會(huì)用MCU GPIO引腳直接干擾繼電器線圈。
為了創(chuàng)建H橋并驅(qū)動(dòng)雙向電機(jī)，將需要兩個(gè)雙排封裝單刀雙擲[SPDT]繼電器，這意味著需要上述兩個(gè)電路元件來(lái)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)繼電器線圈。
使用TI的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器之一，可以移除所有這些分立元件，從而創(chuàng)建更小更干凈的PCB解決方案。
電機(jī)轉(zhuǎn)速曲線
帶繼電器的電機(jī)轉(zhuǎn)速曲線非常低效。
設(shè)計(jì)人員可以通過(guò)與電機(jī)串聯(lián)放置的不同尺寸的電阻器或具有不同速度的多繞組電機(jī)，使用繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)力車窗、升降車門、天窗、滑動(dòng)車門或泵的多速控制方案。
如果要選擇不同的速度，這兩種解決方案都需要更多的繼電器，而更多的繼電器需要更多的電路板空間和分立元件。
使用固態(tài)解決方案，您只需要為TI的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器提供來(lái)自MCU的兩個(gè)脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號(hào)來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。
在DRV8702-Q1和DRV8703-Q1上，TI提供了相位/使能模式，其中只有一個(gè)PWM信號(hào)施加到使能引腳，而簡(jiǎn)單的邏輯高或低相位引腳控制電機(jī)的方向。
邏輯電平的PWM信號(hào)直接轉(zhuǎn)換為具有正確電壓的MOSFET柵極，以完全增強(qiáng)高端或低端MOSFET。
使用這種類型的接口，您可以快速設(shè)計(jì)多速泵、滑動(dòng)玻璃天窗的定制運(yùn)動(dòng)曲線、軟關(guān)閉動(dòng)力車窗、便宜的可變速擋風(fēng)玻璃雨刮器或任何其他類型的簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)控制電機(jī)應(yīng)用。
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