安森美半導體的汽車空調自動控制方案促進節能

　　空調是滿足汽車舒適性要求不可或缺的配置，用作車內制冷、取暖、通風換氣，而且舒適的駕乘環境也關乎行車安全。而自動空調比傳統的手動空調更方便，可根據用戶設定的溫度自動檢測和調節，讓車內的溫度和濕度處于設定范圍之內。而且，自動空調還有助于節能減排，提升燃油經濟性。

　　汽車空調典型的供電結構

　　一般來講，汽車電壓分為24V系統和12V系統：24V電源可采用經大功率TVS(瞬態電壓抑制器))，然后由低壓降穩壓器(LDO)轉至5V，同時為電機驅動器供電;也可采用經成本較高的DC-DC降壓器降至12V，然后由LDO轉至5V，同時為電機驅動器供電;12V電源經LDO為單片機、傳感器等元件供電，同時直接為直流/步進電機等電機驅動器供電。

　　圖1. 汽車空調典型的供電結構

　　如果采用24V供電系統，需要考慮高耐壓產品，同時兼顧熱管理、電源能效和成本控制等問題;如果采用12V供電系統，則需考慮成本、靜態電流(Iq)及封裝等因素。

　　安森美半導體為汽車空調系統提供豐富陣容的LDO，其中標準靜態功耗系列(Iq > 100uA)如NCV4264-2、NCV4266-2，低靜態功耗系列(Iq < 100uA)如NCV8501、NCV8502，非常低靜態功耗系列(Iq < 50uA)如NCV8664、NCV8660，超低靜態功耗系列(Iq < 33uA)如NCV8768、NCV8769，滿足設計的不同需求。

　　安森美半導體還提供為傳感器供電的電壓跟隨器NCV8184，具可調節的緩沖輸出電壓，密切匹配參考輸入電壓(精度達±3mV)。該器件的輸出電流能力為70mA，靜態電流僅為70uA，當電流為50mA時，典型壓降僅為0.35V，采用SOIC-8封裝。

　　驅動

　　1. 風門執行器驅動

　　直流電機、單極性步進電機、雙極性步進電機為汽車空調風門執行器的三種典型結構。直流電機風門執行器中包括一個直流電機和一個位置傳感器，需要一個完整的H橋(由2個高邊開關和2個低邊開關組成 )，來控制電機的正反轉，通過內部自帶的位置傳感器，可以實時的監控風門的位置，實現閉環控制;單極性步進電機的控制只需要4路高邊或者4路低邊驅動，由于步進電機本身的特性，可以通過計數步進次數來知道風門的位置;雙極性步進電機只需要兩組線圈，其驅動需要2個H橋(由4個高邊開關和4個低邊開關組成)來控制兩個線圈，與單極性步進電機類似，可以通過計數步進數來得知風門目前的位置。

　　圖2. 風門執行器電機結構及驅動類型

　　直流電機風門執行器的正常工作電流約100mA，堵轉電流小于450mA，需要H橋驅動來改變運行方向，并提供故障診斷報告及足夠的保護功能。安森美半導體的NCV77XX系列完全滿足上述需求，能以正向、反向、制動及高阻抗狀態工作。以六路半橋驅動器NCV7718為例，6路PMOS作為高邊驅動，6路NMOS作為低邊驅動，高低邊在芯片內部連接，以H半橋作為輸出，提供0.55A持續驅動電流，內部集成續流二極管，導通電阻典型值和最大值分別為1?和2.25?，通過16位SPI接口控制，低功耗(最大消耗電流僅為5Ua )，提供驅動狀態、低負載保護、過流、過溫和溫度警告等診斷報告，并集成一系列保護特性如過壓/欠壓保護、過流關斷、過溫保護等，采用SSOP-24/SSOP24-EP封裝。另外，根據不同的輸出需求，可選擇安森美半導體的8路半橋驅動器NCV7719或10路半橋驅動器NCV7720。安森美半導體還提供帶獨立診斷功能的6路半橋驅動器NCV7728，該器件峰值電流為0.55A，導通電阻典型值和最大值分別為1?和2?，接口兼容3.3V/5V單片機，在睡眠模式下提供超低靜態功耗，通過16位SPI接口控制(波特率為5 MHz，兼容菊花鏈通信)，集成續流保護、過流保護、開路檢測、過熱關斷及過溫報警等保護特性。

　　圖3. 帶獨立診斷功能的6路半橋驅動器NCV7728典型應用示例

　　步進電機風門執行器中，每個電機需要4路驅動，最大工作電流小于300mA，可直接控制或通過LIN總線遠程控制。安森美半導體用于汽車空調的單極性步進電機驅動器有NCV7608和NCV7240。NCV7608是8路高低邊可配置驅動器，每通道可提供350mA驅動電流，提供完善的保護功能，采用SOIC28封裝，通過AEC-Q101認證;NCV7420是8路低邊驅動器，每通道可提供600mA驅動電流，通過16位SPI接口控制，提供開路診斷、過載保護、過溫保護等完善的診斷和保護功能，采用SSOP24封裝，通過AEC-Q100認證。安森美半導體用于汽車空調的雙極性步進電機驅動器有AMIS30730和NCV70501，這兩款器件的驅動電流均為300mA。AMIS30730采用LIN接口，內含MCU、ROM、RAM和EEPROM;而NCV70501采用SPI接口。

　　2. 高/低邊驅動

　　SmartFET用于外部負載 (例如在中央電器盒中的繼電器)的控制，可用作高邊或低邊驅動，這些驅動自身需要額外的保護功能如短路保護、熱關斷、過壓保護、邏輯電平控制和ESD保護等。安森美半導體的NCV8452是一款高邊SmartFET，該器件的導通電阻為200m?，過壓保護等級為41V，輸出電流限制值為1A，集成了豐富的保護特性，如短路保護、過載保護、過溫關斷及自動重啟、內部鉗位二極管過壓保護、ESD保護及邏輯電平控制等，結溫-40~150 ℃。安森美半導體用作高/低邊智能驅動的器件還有NCV8440、NCV8450、NCV8401/2/3/5/6，提供不同的鉗位電壓、導通電阻、輸出電流等參數。

　　3. 鼓風機驅動

　　鼓風機分為兩大類：有刷直流電機和無刷直流電機(BLDC)。有刷直流電機最大工作電流為30A，采用PWM控制，含功率MOSFET;而BLDC電機需要用到預驅動器、功率MOSFET。安森美半導體提供如表1所示的用于有刷直流電機和BLDC驅動的N溝道功率MOSFET，以及用于BLDC電機的三相預驅動器，如LV8907UW及MC33033/5等。為幫助工程師簡化設計、節省空間，安森美半導體還提供集成預驅動器和功率MOSFET的智能功率模塊STK984-xxx系列，內部集成電機驅動算法器、6個MOSFET及驅動電路，通過PWM或電壓調速，提供OTP寄存器用于電機參數配置，支持模塊化進行無PCB設計，并集成過流保護、過溫保護、過壓/欠壓保護等完善的保護特性。

　　表1. 用于鼓風機驅動的N溝道功率MOSFET

　　圖4. 智能功率模塊STK 984-XXX框圖

　　4. LED驅動——CCR

　　安森美半導體的恒流穩流器 (CCR)用于驅動汽車空調系統中的LED，這類器件內置LED熱保護，可替代低成本LDO，降低系統成本，由于沒有EMI(電磁干擾)，適用于低噪聲系統，在寬輸入電壓范圍內提供恒定電流，可抑制由于電壓波動引起的LED亮度變化 。該系列器件包括兩端固定輸出版本及三端可調節輸出版本，如NSI50010YT1G、NSI45015WT1G、NSI45020T1G、NSI45020AT1G及NSI45020JZT1G等。

　　總線收發器

　　LIN/CAN總線用于實現汽車中的分布式電子系統控制。針對這類應用，安森美半導體提供LIN/CAN收發器，如NCV7321、NCV7342，這些器件都符合IEC61000-4-2標準，其中NCV7342的系統ESD保護能力高于15kV，短路電流不超過100mA，提供優異的電磁兼容(EMC)性能，甚至無需共模扼流圈。

　　系統基礎芯片

　　系統基礎芯片(SBC)是指集成車載網絡(如LIN、CAN、FLEXRAY)、電源(如線性穩壓器、DC-DC穩壓器)、監控(如看門狗、SPI、狀態、中斷)，以及I/O(如高邊、低邊、LED等)的系統化芯片方案。安森美半導體用于汽車空調的 SBC如NCV7420/5/8，是集成LDO的LIN收發器，輸出電流分別為50mA、150mA、70mA。

　　結語

　　汽車自動空調帶來的舒適和節能是消費者及汽車設計工程師所關注的，安森美半導體應用于汽車空調的豐富產品陣容包括電源供電、電機驅動、SmartFET、分立器件等，經過嚴格的汽車級產品認證，具備高性能和高可靠性，有助于實現汽車空調系統的高效節能，為消費者帶來舒適的駕乘體驗。