ASSP加強(qiáng)汽車HVAC運動控制

 高度集成的特定應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品(ASSP)作為包含分離器件電控單元(ECU)的有益替代產(chǎn)品而出現(xiàn)，為汽車加熱、通風(fēng)及空調(diào)系統(tǒng)(HVAC)的應(yīng)用提供風(fēng)門位置控制。除改進(jìn)可靠性外，還節(jié)省了空間、成本和重量，并提供精確的位置控制和靈活的設(shè)計，隨著汽車HVAC系統(tǒng)的日益復(fù)雜，ASSP所帶來的這些優(yōu)點也變得尤為重要。

HVAC系統(tǒng)是當(dāng)今大部分汽車的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。這一系統(tǒng)的設(shè)計宗旨是實現(xiàn)高效率、增強(qiáng)可靠性、改善乘客安全和舒適度，同時減少尺寸、重量和溫室氣體的排放。先進(jìn)的傳感和閉路控制功能也正逐漸集成到這一系統(tǒng)中。

傳感器元件包括溫度、濕度和氣體傳感器，還包括測量太陽輻射水平及測定乘客車廂內(nèi)污染物水平的傳感器。來自這一傳感器陣列的實時數(shù)據(jù)將被發(fā)送到各種嵌入式智能電子模塊中。這些電子子系統(tǒng)是為通過控制各種電子機(jī)械組件的運動以實現(xiàn)高效調(diào)節(jié)乘客車廂內(nèi)氣流而設(shè)計的(圖1)。

HVAC系統(tǒng)通向乘客車廂的氣流主要通過機(jī)械風(fēng)門控制，這種機(jī)械風(fēng)門與氣流管道集成使用。這些風(fēng)門用于引導(dǎo)空氣在乘客車廂內(nèi)各個區(qū)域(多區(qū)域氣候控制)的流動，以控制熱、冷空氣混合，及外部和再循環(huán)空氣混合(以控制車廂內(nèi)污染，進(jìn)而調(diào)節(jié)溫度)。風(fēng)門依次與直流電機(jī)機(jī)械(通常為步進(jìn)電機(jī))連接，從而形成眾多的電子機(jī)械子系統(tǒng)。

與這些電子機(jī)械子系統(tǒng)設(shè)計有關(guān)的主要挑戰(zhàn)在于，要達(dá)到實時、快速和精確的氣流閉路控制(風(fēng)門移動與定位的同時，還要減少系統(tǒng)的成本、尺寸和重量。此外，為保持乘客的舒適度，要求電機(jī)和風(fēng)門近乎零噪音運行，同時延長整個系統(tǒng)的運行壽命并增強(qiáng)其可靠性也是關(guān)鍵因素。要滿足這一系列苛刻的要求，很顯然由大量分離式集成電路組成的電子模塊將不再是可行的方法。

新近引入的AMIS-3052X步進(jìn)運動控制ASSP，使汽車HVAC系統(tǒng)設(shè)計者能夠開發(fā)出最終解決方案，極為靈活、有效地解決了系統(tǒng)層面的設(shè)計挑戰(zhàn)。它基于一系列創(chuàng)新的集成片內(nèi)功能，提供全面的可編程數(shù)據(jù)通信、電源管理、電機(jī)控制(速度、方向及位置)及系統(tǒng)保護(hù)功能。另外，這些設(shè)備可與5V和3.3V的微控制器兼容，并可通過SPI界面提供雙向數(shù)據(jù)傳輸功能。該器件的原理圖如圖2所示，典型的電機(jī)驅(qū)動應(yīng)用電路如圖3所示。

本文描述了AMIS-3052X ASSP的新穎特征和功能，及在汽車HVAC系統(tǒng)設(shè)計和運行方面的優(yōu)勢。

可編程微步進(jìn)及智能電機(jī)電流轉(zhuǎn)換器

步進(jìn)電機(jī)是一種同步直流電機(jī)，因此轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定停留位置與定子的誘導(dǎo)磁通量是同步的。在步進(jìn)電機(jī)中，微步進(jìn)運行模式允許轉(zhuǎn)子在一次完整的旋轉(zhuǎn)中增加停留位置的數(shù)量，由此電機(jī)的震動和噪音得以大大減少。

AMIS-3052X與一臺智能“步進(jìn)命令電機(jī)電流”轉(zhuǎn)換器一起，可提供7種微步進(jìn)可編程模式(完整、1/2、1/2補(bǔ)償、1/4、1/8、1/16和1/32)，由此達(dá)到實時和快速反應(yīng)，及HVAC風(fēng)門的平穩(wěn)精確運行。這一微步進(jìn)特征還能夠大量減少失步，實現(xiàn)零噪音運行，同時提高乘客車廂環(huán)境的舒適度。

AMIS-3052X的其他重要特征體現(xiàn)在集成“下一步”及“旋轉(zhuǎn)方向”輸入/輸出引腳。一旦結(jié)合到系統(tǒng)微控制器中，它們能夠使微步進(jìn)模式及多個步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向快速變化(HVAC風(fēng)門移動分辨率和方向)，同時減少系統(tǒng)微控制器過載。

可編程H橋電機(jī)驅(qū)動器

在AMIS-3052X集成了兩個帶有高達(dá)1.6A可編程輸出電流的全H橋輸出級。輸出電流的調(diào)節(jié)是通過電流模式脈沖寬度調(diào)制(PWM)來完成的，與集成的測量實際電機(jī)電流感測電路結(jié)合使用。除了不再需要外部H橋電機(jī)集成電路(減少系統(tǒng)的成本、尺寸和重量)，改進(jìn)的電機(jī)電流調(diào)節(jié)使HVAC風(fēng)門的移動更加精確。

速度及荷載角輸出

AMIS-3052X器件的一個創(chuàng)新性特征是“速度及荷載角”輸出引腳，提供與電機(jī)測量反電勢電壓成比例的輸出電壓。這一輸出信號可以發(fā)送到系統(tǒng)微控制器中，以便用戶編程停轉(zhuǎn)檢測功能的演算法可以得到執(zhí)行，轉(zhuǎn)子停轉(zhuǎn)條件也可以得到檢測。有了此無傳感器停轉(zhuǎn)檢測功能，就不再需要外部位置傳感器，進(jìn)一步減少了HVAC系統(tǒng)的成本、尺寸和重量。

電源管理與系統(tǒng)保護(hù)

AMIS-3052X系列產(chǎn)品是通過專有的高壓混合信號技術(shù)開發(fā)的。因此，該設(shè)備可以在較寬的輸入電源電壓(~6V到~30V)內(nèi)運行。這樣一來也就不需要外部調(diào)壓器了。另外，AMIS-30522還有額外的5V/50mA的穩(wěn)壓輸出功能，旨在為外部微控制器供電。因此，也不需要由外部穩(wěn)壓器為微控制器供電。

AMIS ASSP也有功耗節(jié)省(睡眠)模式，以及短路、開路和過熱檢測及保護(hù)電路功能。

未來趨勢

由于全球人士對能源效益、更潔凈環(huán)境及減少溫室氣體排放的積極關(guān)注，對汽車HVAC系統(tǒng)實現(xiàn)提高效率、減少尺寸及零部件的數(shù)量的要求將變得越來越重要。另外，為了向乘客提供更加安全、舒適及用戶自定義的HVAC功能，環(huán)保傳感器的數(shù)量將繼續(xù)增加，因此對電子數(shù)據(jù)處理和控制內(nèi)容的需求也將增加。除了降低車內(nèi)發(fā)動機(jī)及外部環(huán)境引起的可聞噪音水平外，還要加大力度減少乘客車廂內(nèi)由于HVAC系統(tǒng)自身運行所引發(fā)的噪音。