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探索汽車電動座椅中多通道柵極驅(qū)動器的優(yōu)勢

發(fā)布時(shí)間:2022-06-02 來源:TI 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】除非體驗(yàn)過宇宙飛船,否則汽車電動座椅可能是您體驗(yàn)過的最復(fù)雜的座椅。它比飛機(jī)座椅的調(diào)節(jié)選項(xiàng)更多,比牙科診所的就診椅更加舒適 – 汽車電動座椅提供了奢華的舒適度、便利性和安全性。


無論您是上下前后移動座椅,還是調(diào)整腰托,電機(jī)都能輕松完成這些操作。除了易于移動的優(yōu)勢之外,功能強(qiáng)大的汽車電動座椅還具有其他優(yōu)勢。例如,風(fēng)扇和加熱器等座椅內(nèi)功能,甚至可通過降低車內(nèi)整個(gè)溫度系統(tǒng)的電力負(fù)荷來增大車輛的續(xù)航里程。


電動座椅設(shè)計(jì)趨勢


鑒于汽車電動座椅具有多個(gè)選件,制造商正在尋找驅(qū)動多個(gè)電機(jī)的方法。設(shè)計(jì)人員過去常常使用繼電器來開關(guān)電機(jī)電源,但繼電器由多個(gè)微小的機(jī)械部件組成,且轉(zhuǎn)速能力有限。由于繼電器存在這些缺點(diǎn),并且在每次開關(guān)時(shí)都會發(fā)出噪聲,因此不適合用于脈寬調(diào)制 (PWM) 來控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。


鑒于集成電路 (IC) 的各種優(yōu)勢(包括更小的尺寸、安靜的運(yùn)行、速度控制和可靠性),現(xiàn)在出現(xiàn)了使用IC代替機(jī)電繼電器的趨勢。借助IC快速、安靜的開關(guān),可以使用PWM進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制,從而實(shí)現(xiàn)多個(gè)電機(jī)的平滑運(yùn)轉(zhuǎn)和同步運(yùn)行。


繼電器驅(qū)動型座椅通常是一個(gè)繼電器僅驅(qū)動一個(gè)電機(jī),最初的IC設(shè)計(jì)也沿用了這種模式。在僅有幾個(gè)電機(jī)的系統(tǒng)中,這種復(fù)雜性是一種可以被接受的弊端。但是在功能齊全的復(fù)雜汽車座椅系統(tǒng)中,將多個(gè)電機(jī)的驅(qū)動電路組合到一起的方式可以帶來顯著的好處。包括縮減物料清單和通過使用多軸集成驅(qū)動器的設(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)的更小布板空間。


多通道柵極驅(qū)動器解決方案


TI提供專為電動座椅設(shè)計(jì)的多電機(jī)汽車柵極驅(qū)動器。DRV8714-Q1和DRV8718-Q1的半橋柵極驅(qū)動器分別具有四個(gè)通道和八個(gè)通道。它們集成了電荷泵、電流檢測放大器和可用于多個(gè)負(fù)載的邏輯電路。一個(gè)IC可以控制多達(dá)七個(gè)不同的電機(jī)或電機(jī)和加熱器的組合,從而減少了座椅模塊所需器件的數(shù)量。


圖1顯示了DRV8714-Q1通過共用半橋驅(qū)動來控制三個(gè)電機(jī),它可以單獨(dú)操作其中的任何電機(jī),也可以同時(shí)運(yùn)行特定組合。您可以選擇最適合電機(jī)特性的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET),并調(diào)整DRV8714-Q1的寄存器以優(yōu)化性能。


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圖1:由DRV8714-Q1汽車柵極驅(qū)動器驅(qū)動的三電機(jī)座椅


驅(qū)動靈活性


憑借多達(dá)八個(gè)的半橋驅(qū)動器通道,DRV8718-Q1能夠靈活地使用合適數(shù)量的MOSFET來驅(qū)動雙向電機(jī)、單向電機(jī)(如風(fēng)扇)和非電機(jī)負(fù)載(如加熱器);其中,每個(gè)MOSFET專為特定的負(fù)載量身定制。


圖2顯示了控制四個(gè)座椅電機(jī)、一個(gè)風(fēng)扇和一個(gè)加熱器的DRV8718-Q1。風(fēng)扇(單向旋轉(zhuǎn))僅需要一個(gè)半橋,而加熱器僅需要一個(gè)高邊MOSFET,從而使設(shè)計(jì)減少了外部晶體管的數(shù)量 – 這一切都?xì)w功于多通道柵極驅(qū)動器的靈活性。


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圖2:驅(qū)動多個(gè)電機(jī)、一個(gè)加熱器和一個(gè)風(fēng)扇的DRV8718-Q1汽車柵極驅(qū)動器


由于可以靈活地選擇每個(gè)最適合相應(yīng)負(fù)載的外部MOSFET,因此低漏源通態(tài)電阻MOSFET能夠被用來提高大電流應(yīng)用中的熱性能。DRV8718-Q1系列通過調(diào)整柵極電流來控制轉(zhuǎn)換壓擺率,有利于提高電磁兼容性。您還可以通過更改MOSFET來使座椅模塊適應(yīng)各種電機(jī),無需改變整體設(shè)計(jì)。


簡化的接口


單芯片的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以顯著減少發(fā)送到微控制器(MCU)的信號。MCU只需使用四個(gè)引腳(使用串行外設(shè)接口 [SPI]),即可通過單個(gè)DRV8718-Q1控制多達(dá)八個(gè)半橋,甚至在菊花鏈配置中控制更多通道,如圖3所示。這種控制包括每個(gè)半橋的參數(shù)設(shè)置、晶體管的獨(dú)立或協(xié)調(diào)控制以及診斷監(jiān)控。


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圖3:使用從MCU到DRV8718-Q1汽車柵極驅(qū)動器的菊花鏈配置控制16個(gè)半橋


統(tǒng)一控制可減少 MCU 的工作量。只需一條命令,MCU 即可啟用所有驅(qū)動器;通過一次寄存器讀取,MCU 可以判斷是否有電機(jī)出現(xiàn)故障。后續(xù)的 SPI 讀取可以確定發(fā)生故障的通道和詳細(xì)信息(如需要)。


結(jié)語


汽車電動座椅持續(xù)提供更高的舒適性和便利性。不過,要驅(qū)動其電機(jī),還需要解決一些設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。多通道柵極驅(qū)動器可以將多個(gè)通道集成到單個(gè)芯片中,并提供診斷和電流檢測放大器等功能,從而幫助解決這些難題。DRV8718-Q1 多通道柵極驅(qū)動器可提供靈活、緊湊的解決方案,有助于實(shí)現(xiàn)汽車座椅的最新功能。


其他資源:


更多有關(guān)汽車電動座椅的信息,請參閱以下技術(shù)文章:


“實(shí)現(xiàn)駕駛員座椅創(chuàng)新:現(xiàn)代電動座椅最重要的技術(shù)是什么?”


“為什么還在用繼電器來驅(qū)動汽車電機(jī)?”


查看應(yīng)用手冊“可在汽車應(yīng)用中驅(qū)動有刷直流電機(jī)的繼電器替代產(chǎn)品”。


關(guān)于德州儀器(TI)


德州儀器(TI)(納斯達(dá)克股票代碼:TXN)是一家全球性的半導(dǎo)體公司,致力于設(shè)計(jì)、制造、測試和銷售模擬和嵌入式處理芯片,用于工業(yè)、汽車、個(gè)人電子產(chǎn)品、通信設(shè)備和企業(yè)系統(tǒng)等市場。我們致力于通過半導(dǎo)體技術(shù)讓電子產(chǎn)品更經(jīng)濟(jì)實(shí)用,創(chuàng)造一個(gè)更美好的世界。如今,每一代創(chuàng)新都建立在上一代創(chuàng)新的基礎(chǔ)之上,使我們的技術(shù)變得更小巧、更快速、更可靠、更實(shí)惠,從而實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體在電子產(chǎn)品領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,這就是工程的進(jìn)步。這正是我們數(shù)十年來乃至現(xiàn)在一直在做的事。 欲了解更多信息,請?jiān)L問公司網(wǎng)站www.ti.com.cn。



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