汽車自動空調風門執行器驅動保護及診斷

隨著汽車的普及，對汽車舒適性和節能環保的要求越來越高，汽車空調的性能也越來越受到人們的關注。與傳統的手動空調相比，新的自動空調系統可以顯著提高燃油經濟性并減少碳排放。自動空調控制的核心就是空調控制器，其控制策略及控制精度都與自動空調的性能相關。安森美半導體提供了一系列用于汽車自動空調中的風門電機驅動芯片，能實現完善的故障診斷及保護，有效提高汽車自動空調系統的整體性能和可靠性。本文分析了汽車空調風門電機的控制原理，各種故障狀態及保護要求，并提出了汽車風門電機故障診斷及保護的控制邏輯，最后給出了實際系統的驗證結果。

在整個汽車自動空調系統中，風門執行器是的最核心控制器件之一，主要用來控制系統運行模式，調節系統溫度，設置空氣內外循環等。一般單溫區自動空調有三個風門執行器，用來控制上面所提及的功能。雙溫區有四個以上的風門執行器，是為了更好的調節后排乘客的溫度，而一些復雜的汽車自動空調系統可能會有十個以上的風門執行器，來實現更加復雜的功能。

典型的風門執行器內部電機最大工作電流約60mA，堵轉電流最大約400mA。由于需要隨時調整風門位置，需要采用全橋驅動來對其進行控制，以實現隨時調整電機的運行速度及方向。

汽車自動空調風門電機驅動的故障診斷及保護

在汽車自動空調系統中，對負載狀態的檢測及診斷故障處理對系統的穩定性非常重要，主要的診斷需求包括：對地短路，對電源短路，開路檢測，短路檢測等。

當這些故障發生時，相關的輸出要首先關閉輸出，系統要及時讀取反饋信息，并做出相應的報警提示，對于有些信號需要不斷重試（定時重啟輸出）來探測故障是否恢復。

基于NCV7718的風門電機驅動故障診斷及保護的實現

NCV7718是內置功率驅動模塊的多路半橋驅動，也是專門針對小功率直流伺服電機開發的驅動。其單通道最高550mA的輸出能力完全能滿足空調風門執行器內的小功率伺服電機的驅動需求。

芯片內建完善的保護功能使其外圍電路及其簡介，而3.3V/5V兼容的邏輯通信接口也可以滿足平臺設計的需要。NCV7718的內部主要保護功能有：

* 低壓/過壓輸出閉鎖：用來防止負載在非正常供電電壓下誤動作
* 過流保護：防止回路中出現較大尖峰電流損壞負載
* 過溫報警：在芯片工作溫度達到非正常值時，向系統反饋報警信息
* 熱關斷：當芯片結溫超過最大工作溫度后關閉所有輸出，保護系統和驅動器
* 輕載檢測：判斷負載開路或者接插件引腳接觸不良

以上這些保護功能是自動空調風門執行器所必須的，此外NCV7718還提供了額外的管腳電壓鉗位保護功能，防止由于外部干擾或者負載非正常運行產生的電壓脈沖，保護系統可靠穩定運行。

NCV7718還能實現以下故障診斷及保護功能

在NCV7718中集成了多種保護模式，可以通過組合判斷狀態寄存器標志位來實現故障診斷。

以下具體介紹各個故障診斷的方法及步驟：

> 對地短路檢測：

o 配置所有半橋為高邊輸出
o 使能輸出，并延時一段時間
o 通過SPI總線讀取NCV7718內部寄存器中TW及OSC標志位

> 對電源短路檢測:

o 配置所有半橋為低邊輸出
o 使能輸出，并延時一段時間
o 通過SPI總線讀取NCV7718內部寄存器中TW及OSC標志位

> 開路檢測：

o 在初始化中需要使能ULD診斷功能（輕載檢測）
o “H-Bridge”正常工作（每個伺服電機依次工作）
o 通過SPI總線讀取NCV7718內部寄存器中ULD標志位

* ULD=0：負載狀態正常
* ULD=1：負載開路

o 在系統正常運行中，當ULD被置位后，可以再通過依次檢測伺服電機來檢測出具體的故障風門

> 短路檢測：

o 初始化并配置“H-Bridge”
o 使能輸出（每個伺服電機依次工作），并延時一段時間
o 通過SPI總線讀取NCV7718內部寄存器中OSC標志位

* OSC=0：負載狀態正常
* OSC=1：負載短路

在實際應用中，還可以結合風門執行器內的位置傳感器來更準確的判斷并查找出具體的故障信息，并及時做出報警。

結論：

NCV7718這款產品是為汽車自動空調應用度身打造的產品，其性能完全滿足應用的所有要求，其完善的保護功能更是極大地提升了整個系統的安全等級，利用組合的狀態標志位，可以通過軟件對外部負載進行故障診斷，簡化診斷電路，降低外圍元器件數量，提升產品可靠性，同時也能降低系統的成本，為系統設計帶來極大的靈活性。(end)

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