安森美半导体的汽车空调自动控制方案促进节能

 空调是满足汽车舒适性要求不可或缺的配置，用作车内制冷、取暖、通风换气，而且舒适的驾乘环境也关乎行车安全。而自动空调比传统的手动空调更方便，可根据用户设定的温度自动检测和调节，让车内的温度和湿度处于设定范围之内。而且，自动空调还有助于节能减排，提升燃油经济性。

汽车空调典型的供电结构

一般来讲，汽车电压分为24V系统和12V系统：24V电源可采用经大功率TVS(瞬态电压抑制器))，然后由低压降稳压器(LDO)转至5V，同时为电机驱动器供电;也可采用经成本较高的DC-DC降压器降至12V，然后由LDO转至5V，同时为电机驱动器供电;12V电源经LDO为单片机、传感器等元件供电，同时直接为直流/步进电机等电机驱动器供电。

 

 

 

 

 

 

图1. 汽车空调典型的供电结构

如果采用24V供电系统，需要考虑高耐压产品，同时兼顾热管理、电源能效和成本控制等问题;如果采用12V供电系统，则需考虑成本、静态电流(Iq)及封装等因素。

安森美半导体为汽车空调系统提供丰富阵容的LDO，其中标准静态功耗系列(Iq > 100uA)如NCV4264-2、NCV4266-2，低静态功耗系列(Iq < 100uA)如NCV8501、NCV8502，非常低静态功耗系列(Iq < 50uA)如NCV8664、NCV8660，超低静态功耗系列(Iq < 33uA)如NCV8768、NCV8769，满足设计的不同需求。

安森美半导体还提供为传感器供电的电压跟随器NCV8184，具可调节的缓冲输出电压，密切匹配参考输入电压(精度达±3mV)。该器件的输出电流能力为70mA，静态电流仅为70uA，当电流为50mA时，典型压降仅为0.35V，采用SOIC-8封装。

驱动

1. 风门执行器驱动

直流电机、单极性步进电机、双极性步进电机为汽车空调风门执行器的三种典型结构。直流电机风门执行器中包括一个直流电机和一个位置传感器，需要一个完整的H桥(由2个高边开关和2个低边开关组成 )，来控制电机的正反转，通过内部自带的位置传感器，可以实时的监控风门的位置，实现闭环控制;单极性步进电机的控制只需要4路高边或者4路低边驱动，由于步进电机本身的特性，可以通过计数步进次数来知道风门的位置;双极性步进电机只需要两组线圈，其驱动需要2个H桥(由4个高边开关和4个低边开关组成)来控制两个线圈，与单极性步进电机类似，可以通过计数步进数来得知风门目前的位置。

 

 

图2. 风门执行器电机结构及驱动类型

直流电机风门执行器的正常工作电流约100mA，堵转电流小于450mA，需要H桥驱动来改变运行方向，并提供故障诊断报告及足够的保护功能。安森美半导体的NCV77XX系列完全满足上述需求，能以正向、反向、制动及高阻抗状态工作。以六路半桥驱动器NCV7718为例，6路PMOS作为高边驱动，6路NMOS作为低边驱动，高低边在芯片内部连接，以H半桥作为输出，提供0.55A持续驱动电流，内部集成续流二极管，导通电阻典型值和最大值分别为1Ω和2.25Ω，通过16位SPI接口控制，低功耗(最大消耗电流仅为5Ua )，提供驱动状态、低负载保护、过流、过温和温度警告等诊断报告，并集成一系列保护特性如过压/欠压保护、过流关断、过温保护等，采用SSOP-24/SSOP24-EP封装。另外，根据不同的输出需求，可选择安森美半导体的8路半桥驱动器NCV7719或10路半桥驱动器NCV7720。安森美半导体还提供带独立诊断功能的6路半桥驱动器NCV7728，该器件峰值电流为0.55A，导通电阻典型值和最大值分别为1Ω和2Ω，接口兼容3.3V/5V单片机，在睡眠模式下提供超低静态功耗，通过16位SPI接口控制(波特率为5 MHz，兼容菊花链通信)，集成续流保护、过流保护、开路检测、过热关断及过温报警等保护特性。

 

 

图3. 带独立诊断功能的6路半桥驱动器NCV7728典型应用示例

步进电机风门执行器中，每个电机需要4路驱动，最大工作电流小于300mA，可直接控制或通过LIN总线远程控制。安森美半导体用于汽车空调的单极性步进电机驱动器有NCV7608和NCV7240。NCV7608是8路高低边可配置驱动器，每通道可提供350mA驱动电流，提供完善的保护功能，采用SOIC28封装，通过AEC-Q101认证;NCV7420是8路低边驱动器，每通道可提供600mA驱动电流，通过16位SPI接口控制，提供开路诊断、过载保护、过温保护等完善的诊断和保护功能，采用SSOP24封装，通过AEC-Q100认证。安森美半导体用于汽车空调的双极性步进电机驱动器有AMIS30730和NCV70501，这两款器件的驱动电流均为300mA。AMIS30730采用LIN接口，内含MCU、ROM、RAM和EEPROM;而NCV70501采用SPI接口。

2. 高/低边驱动

SmartFET用于外部负载 (例如在中央电器盒中的继电器)的控制，可用作高边或低边驱动，这些驱动自身需要额外的保护功能如短路保护、热关断、过压保护、逻辑电平控制和ESD保护等。安森美半导体的NCV8452是一款高边SmartFET，该器件的导通电阻为200mΩ，过压保护等级为41V，输出电流限制值为1A，集成了丰富的保护特性，如短路保护、过载保护、过温关断及自动重启、内部钳位二极管过压保护、ESD保护及逻辑电平控制等，结温-40~150 ℃。安森美半导体用作高/低边智能驱动的器件还有NCV8440、NCV8450、NCV8401/2/3/5/6，提供不同的钳位电压、导通电阻、输出电流等参数。

3. 鼓风机驱动

鼓风机分为两大类：有刷直流电机和无刷直流电机(BLDC)。有刷直流电机最大工作电流为30A，采用PWM控制，含功率MOSFET;而BLDC电机需要用到预驱动器、功率MOSFET。安森美半导体提供如表1所示的用于有刷直流电机和BLDC驱动的N沟道功率MOSFET，以及用于BLDC电机的三相预驱动器，如LV8907UW及MC33033/5等。为帮助工程师简化设计、节省空间，安森美半导体还提供集成预驱动器和功率MOSFET的智能功率模块STK984-xxx系列，内部集成电机驱动算法器、6个MOSFET及驱动电路，通过PWM或电压调速，提供OTP寄存器用于电机参数配置，支持模块化进行无PCB设计，并集成过流保护、过温保护、过压/欠压保护等完善的保护特性。

 

 

表1. 用于鼓风机驱动的N沟道功率MOSFET

 

 

图4. 智能功率模块STK 984-XXX框图

4. LED驱动——CCR

安森美半导体的恒流稳流器 (CCR)用于驱动汽车空调系统中的LED，这类器件内置LED热保护，可替代低成本LDO，降低系统成本，由于没有EMI(电磁干扰)，适用于低噪声系统，在宽输入电压范围内提供恒定电流，可抑制由于电压波动引起的LED亮度变化 。该系列器件包括两端固定输出版本及三端可调节输出版本，如NSI50010YT1G、NSI45015WT1G、NSI45020T1G、NSI45020AT1G及NSI45020JZT1G等。

总线收发器

LIN/CAN总线用于实现汽车中的分布式电子系统控制。针对这类应用，安森美半导体提供LIN/CAN收发器，如NCV7321、NCV7342，这些器件都符合IEC61000-4-2标准，其中NCV7342的系统ESD保护能力高于15kV，短路电流不超过100mA，提供优异的电磁兼容(EMC)性能，甚至无需共模扼流圈。

系统基础芯片

系统基础芯片(SBC)是指集成车载网络(如LIN、CAN、FLEXRAY)、电源(如线性稳压器、DC-DC稳压器)、监控(如看门狗、SPI、状态、中断)，以及I/O(如高边、低边、LED等)的系统化芯片方案。安森美半导体用于汽车空调的 SBC如NCV7420/5/8，是集成LDO的LIN收发器，输出电流分别为50mA、150mA、70mA。

结语

汽车自动空调带来的舒适和节能是消费者及汽车设计工程师所关注的，安森美半导体应用于汽车空调的丰富产品阵容包括电源供电、电机驱动、SmartFET、分立器件等，经过严格的汽车级产品认证，具备高性能和高可靠性，有助于实现汽车空调系统的高效节能，为消费者带来舒适的驾乘体验。