如何設計汽車點火控制

　　點火系統
　　汽車行業使用的點火系統控制，通常為16或32位微控制器，內含ASIC電路，用來執行點火控制。例如Cypress的PSoC系列，其提供一個微控制器與可編程邏輯來控制與管理汽車內部的各項功能與特色。當駕駛員使用點火鑰匙發動汽車時，輸入信號就傳送到微控制器，然后發動三相無刷汽車馬達。微控制器還會通過CAN收發器接收駕駛員發出的汽車轉向角度、監控轉矩傳感器、以及車輛輸入信號，驅使車輛行走。PSoC 微控制器把驅動電路設計在可編程邏輯中，并以駕駛員要求的速度，驅動三相無刷汽車馬達。馬達速度會通過駕駛員輸入的加速剎車傳感器進行控制 (速度會隨時間改變)。

　　微控制器使用內部或外部串行EEPROM(I2C/SPI)來儲存距離等數據。微控制器的RTC則提供精準的時間數據，顯示在屏幕上供駕駛員參考。溫度監控是由內建RTD或熱敏電阻等溫度檢測組件來完成的。

　　還有其他功能，例如使用障礙傳感器在停車時獲得車輛周圍信息，由燃油傳感器提供有關引擎中剩余燃油的信息，監控電池輸入并在液晶屏幕上顯示其狀態，以及繼電驅動器電路用來切換剎車燈/前大燈以及轉向燈。

　　電源子系統包含一個可充式鉛酸/鋰電池，作為電源之用。子系統還實現了電池充電器。電池輸入經過降壓轉換成直流電壓，供微控制器與其他電路使用。駕駛員可利用點火鑰匙發動與關閉汽車內置變壓器。電源子系統還實現了許多保護機制，例如過壓、過熱、以及發動失敗狀況。還可為手機等外部設備提供充電功能。

　　實施點火控制系統

　　PSoC 結合了32位微控制器、可編程邏輯、高性能模擬數字轉換功能、以及常用的固定功能外圍組件。其ARM Cortex-M3微處理器核提供高達256KB的閃存、64KB的SRAM、以及2KB的內置EEPROM。

　　點火控制系統使用6個板上N-Channel MOSFET和門驅動電路，用來驅動三相無刷馬達。包括一個內部PWM、時鐘、多任務器、以及比較器，負責驅動與控制三相無刷馬達。16位PWM用來驅動控制馬達用的FET型閘極驅動電路(PWM的占空系數會隨著系統與驅動器要求的速度調整) 。

　　內部PGA、比較器以及內含取樣保持(S/H)功能的12位1MSPS SAR ADC，通過改變PWM的占空系數來控制馬達速度。還可用作測量傳感器輸入，例如電池監控和低成本溫度檢測，或是使用熱敏電阻或RTD等溫度檢測組件; 建置一個障礙傳感器和燃油傳感器。由于這些功能已整合到MCU，因此不需要外部放大器或比較器。

　　另外，點火子系統中的MCU還能直接驅動喇叭、剎車燈/前燈、方向燈等組件使用的繼電器，還能直接驅動液晶屏幕，以顯示溫度讀數、電池狀態、行車速度、距離、以及錯誤/警告信息。PSoC工作電壓為1.71至5.5伏特，容易連接外部外圍組件，以支持其他應用。

　　在使用可充式鉛酸/鋰電池作為電源時，PSoC這類微控制器會利用內建降壓器來調整輸入電壓，最低能支持1.71伏的工作電壓，通過超低功耗工作模式來達到更長的電池壽命。

　　使用PSoC Creator IDE 工具，用戶可在同一開發環境中設計所有接口與邏輯功能。PSoC Creator為馬達驅動應用設計提供了一個現成的組件模塊庫，例如PWM、CLK、MUX以及比較器等組件。其他組件還包括直接驅動式字符與字段LCD、CAN協議接口、實時量測用的RTC組件以及內部系統時鐘(不需外部時鐘/震蕩器電路)。

　　用戶還能充分運用整個工具資源，包括整合編譯程序工具鏈、實時操作系統解決方案、以及量產編程器。使用PSoC Creator，可運用階層式原理圖設計，開發與分享各種由使用者自行定義的客戶化外圍組件。也可以自動執行特定組件的布局布線，并整合簡單的電路邏輯(通常位于分立的多任務器內)。

　　點火控制系統中的過流保護，用來關閉負責驅動PWM的馬達，從而停止馬達運轉。PSoC擁有通過比較器觸發PWM Kill信號的功能，在偵測到過流狀況時，能快速且可靠地終止馬達驅動。這個模塊的輸入來自總線電流，而截止參考值是馬達消耗電流的最大值。總線電流輸入會傳送給比較器，然后再由DAC調整與設定截止參考值。若總線電流低于參考門限，比較器的輸出就會設定在高位，并輸出連結到PWM “KILL”信號的輸入。當這個 “KILL”輸入處于高位時，PWM輸出就會關閉，以防止馬達損壞。使用PSoC Creator實現這個完整模塊，點火控制系統的設計人員不必撰寫任何額外的固件。

　　無感馬達控制

　　無感馬達控制系統不需要霍爾傳感器，它采用反電動勢通過正零交越點的偵測技巧來控制馬達轉動。當馬達轉動時，每個線圈都會產生一個電壓，稱為反電動勢(Back EMF)，和供應至線圈的主電壓方向相反。反電動勢的極向和用來對線圈激勵的電壓方向相反，和馬達速度成正比。