【導讀】現(xiàn)代汽車空調(diào)系統(tǒng)由制冷系統(tǒng)、供暖系統(tǒng)、通風和空氣凈化裝置及控制系統(tǒng)等組成，已成為衡量汽車功能是否齊全的標志之一。為了滿足汽車空調(diào)中越來越苛刻的需求，需要優(yōu)秀的產(chǎn)品不斷提高汽車空調(diào)系統(tǒng)的安全性、可靠性及燃油經(jīng)濟性。本文以安森美半導體為例對汽車空調(diào)系統(tǒng)四大類器件進行盤點。
汽車空調(diào)系統(tǒng)是實現(xiàn)對車廂內(nèi)空氣進行制冷、加熱、換氣和空氣凈化的裝置，可以為乘車人員提供舒適的乘車環(huán)境，降低駕駛員的疲勞強度，提高行車安全。今天，空調(diào)裝置已成為衡量汽車功能是否齊全的標志之一。為了滿足汽車空調(diào)中越來越苛刻的需求，需要優(yōu)秀的產(chǎn)品不斷提高汽車空調(diào)系統(tǒng)的安全性、可靠性及燃油經(jīng)濟性。
汽車空調(diào)系統(tǒng)結(jié)構及供電要求
現(xiàn)代汽車空調(diào)系統(tǒng)由制冷系統(tǒng)、供暖系統(tǒng)、通風和空氣凈化裝置及控制系統(tǒng)等組成。圖1中的綠色部分是安森美半導體為汽車空調(diào)系統(tǒng)提供的各種器件。
圖1：安森美半導體為汽車空調(diào)系統(tǒng)提供的器件(綠色方框)
汽車空調(diào)系統(tǒng)典型的供電架構是為微控制器(MCU，亦俗稱“單片機”)、傳感器及其他板載控制芯片、LED供電。通常，單片機消耗電流一般小于50mA；風門位置傳感器、光線傳感器、溫度傳感器等需要的電流也小于50 mA；板載控制芯片，如A/D芯片、總線并轉(zhuǎn)串或運放等也是這樣；作為背光和按鈕顯示的LED的電流消耗取決于按鈕的數(shù)量及整體亮度，通常與單片機相關。所以，整個系統(tǒng)的電流一般在150mA以內(nèi)。
24 V系統(tǒng)電源供電需要考慮高耐壓產(chǎn)品，滿足熱管理要求，以及電源效率和成本控制等問題。其結(jié)構有兩種，一種是24 V電源經(jīng)大功率TVS(瞬態(tài)電壓抑制器)，由低壓降穩(wěn)壓器(LDO）轉(zhuǎn)換為5 V，同時為電機驅(qū)動供電，TVS可用來防止易受攻擊的電路受到電氣過應力及快速過電壓的影響；另一種是24 V電源經(jīng)成本較高的DC/DC降壓到12 V，再經(jīng)LDO轉(zhuǎn)換為5 V并為電機驅(qū)動供電。
12 V系統(tǒng)電源供電經(jīng)LDO為MCU、傳感器及其他器件供電，同時直接為DC電機和步進電機等電機驅(qū)動供電。12 V系統(tǒng)要考慮的是系統(tǒng)成本、低靜態(tài)電流(Iq)和封裝。適用于汽車空調(diào)的LDO包括NCV4264-2、NCV8660B、NCV8664、NCV8669、NCV4269A、NCV4279A、NCV4299、NCV4299AD、NCV4266、NCV8501、NCV8502、NCV2931、NCV8768和NCV8769。
安森美半導體還提供為傳感器供電、具有完善保護功能的電壓跟隨器，如NCV8184。這是一款單片LDO跟隨穩(wěn)壓器，提供可調(diào)節(jié)的緩沖輸出電壓，可密切匹配參考輸入電壓（精度可達±3 mV）。該器件的輸出電流能力（Iout）為70 mA，在50 mA電流時的典型壓降僅為0.35 V；靜態(tài)電流僅為70 μA，并有使能引腳。
圖2：電壓跟隨器框圖
豐富的汽車空調(diào)系統(tǒng)驅(qū)動方案
下頁內(nèi)容：汽車空調(diào)系統(tǒng)驅(qū)動的四大類對象
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汽車空調(diào)系統(tǒng)驅(qū)動的對象主要有風門執(zhí)行器、智能高低邊、鼓風機和LED。
1. 風門執(zhí)行器驅(qū)動
風門執(zhí)行器驅(qū)動的拓撲結(jié)構因不同整車廠的配置需求而異，有直流電機、單極性步進電機及雙極性步進電機幾種。直流電機集成了位置傳感器，將風門位置信號反饋給單片機。為控制直流電機的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，需要使用2個高邊(HS)開關及2個低邊(LS)開關組成全橋電路。通常，這些高邊或低邊開關已經(jīng)集成各種完善的保護，如過壓保護、過載保護及過溫保護等。單極性步進電機需使用4個低邊開關，而雙極性步進電機需使用4個高邊開關和4個低邊開關來驅(qū)動。
直流電機風門執(zhí)行器的正常工作電流約為100 mA，最大堵轉(zhuǎn)電流小于450 mA；另外需要H橋驅(qū)動來改變運行方向，以及故障診斷報告功能和芯片內(nèi)保護功能。安森美半導體的NCV77xx系列器件(如NCV7718)可用于驅(qū)動直流電機風門執(zhí)行器，其中NCV7718是一款6路半橋驅(qū)動器，芯片內(nèi)部連接了高低邊，以H半橋作為輸出。
該器件以6路PMOS作為高邊驅(qū)動，6路NMOS作為低邊驅(qū)動，能夠提供0.55 A持續(xù)驅(qū)動電流，內(nèi)部集成了續(xù)流二極管。NCV7718最大功耗僅為5 μA，能以正向、反向、制動及高阻態(tài)工作，通過16位SPI接口控制，帶有專門設計用于汽車及工業(yè)運行控制應用的保護功能，如欠壓及過壓鎖定、過流關斷、過溫保護、診斷、驅(qū)動狀態(tài)、低負載保護及故障報告等。
圖3：NCV7718 6路半橋驅(qū)動
安森美半導體還提供用于汽車空調(diào)的單極性及雙極性步進電機驅(qū)動器。單極性步進電機驅(qū)動器包括NCV7608和NCV7240等。NCV7608是8路高低邊可配置驅(qū)動器，每通道能提供350 mA驅(qū)動電流及完善的保護功能；NCV7240是8路低邊驅(qū)動器，每通道能提供600 mA驅(qū)動電流，可采用16位SPI接口控制，具有完善的保護功能(如開路診斷、過載保護及過溫保護等)。這兩款器件分別采用SOIC28和SSOP24封裝。
圖4：汽車空調(diào)雙極性步進電機驅(qū)動器AMIS30730
雙極性步進電機驅(qū)動器包括AMIS-30730和NCV70501等。AMIS-30730是LIN接口單芯片智能步進電機驅(qū)動器方案，驅(qū)動電流為300 mA，內(nèi)部包含MCU、ROM、RAM、EEPROM。NCV70501是SPI接口步進電機驅(qū)動器，驅(qū)動電流為300 mA，可以實現(xiàn)進氣風門的低噪聲設計，可以通過設置內(nèi)部寄存器來改變電機的方向和步數(shù)等。
圖5：汽車空調(diào)雙極性步進電機驅(qū)動器NCV70501
下頁內(nèi)容：智能高低邊驅(qū)動、 鼓風機驅(qū)動和LED驅(qū)動
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2. 智能高低邊驅(qū)動
SmartFET是用于外部負載(如中央電器盒中的繼電器)的高/低邊驅(qū)動。這些驅(qū)動自身需要額外的保護功能，如短路保護、熱關斷(有或者沒有自動恢復功能)、過壓保護、邏輯電平控制(單片機直接控制)和ESD保護等。安森美半導體的高/低邊智能驅(qū)動器件有NCV8440、NCV8440、NCV8401、NCV8402、NCV8403、NCV8406等低邊驅(qū)動器，以及NCV8450、NCV8452等高邊驅(qū)動器。這些器件是帶保護的MOSFET，在其基礎上增加了多種保護功能及高邊或低邊驅(qū)動等。例如，NCV8452高邊SmartFET，器件的導通阻抗為200 mΩ，過壓保護等級為41 V，輸出電流限制值為1 A，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(nèi)部鉗位二極管過壓保護、ESD保護及邏輯電平控制等。
圖6：NCV8452高邊SmartFET框圖
3. 鼓風機驅(qū)動
鼓風機驅(qū)動包含有刷直流電機及無刷直流電機(BLDC)等類型。有刷直流電機采用PWM控制，最大工作電流為30 A，需要功率MOSFET。無刷直流電機需要用到預驅(qū)動器及功率MOSFET。安森美半導體提供用于無刷直流電機的三相預驅(qū)動器，如LV8901、LV8902及MC33033/5等。安森美半導體還提供用于鼓風機驅(qū)動的一系列功率MOSFET，如NVB5860N/NL、NVMFS5830NL、NVMFS5832NL、NVB5404N、NVB5405N、NVD5802及NVD5890N等。
圖7：三相電機預驅(qū)動
4. LED驅(qū)動
安森美半導體采用恒流穩(wěn)流器(CCR)的LED驅(qū)動器可用來驅(qū)動汽車空調(diào)應用中的LED。其中包括適合低噪聲系統(tǒng)的雙端可調(diào)節(jié)輸出版本及三端可調(diào)節(jié)輸出版本。這些器件內(nèi)置LED熱保護，能夠替代低成本LDO，可抑制由于電壓波動引起的LED亮度變化，有助于縮短設計和認證時間。這些低電流CCR LED驅(qū)動器包括NSI50010YT1G、NSI45015WT1G、NSI45020T1G、NSI45020AT1G及NSI45020JZT1G等。
車載總線收發(fā)器及系統(tǒng)基礎芯片
汽車中使用的分散、分布式系統(tǒng)需要通過LIN、CAN及FlexRay™ 等行業(yè)標準接口進行互連。安森美半導體提供符合這些標準接口技術的車載總線收發(fā)器，如用于汽車空調(diào)的NCV7321 LIN收發(fā)器。該器件的最高通信速率為20 kbps，具備高壓模擬和數(shù)字功能，符合歐洲LIN物理層規(guī)范2.1版及美國SAE J2602-2規(guī)范，符合OEM要求，同時具有出色的電磁兼容(EMC)性能，系統(tǒng)ESD保護能力高達13 kV。
在系統(tǒng)基礎芯片(SBC)方面，安森美半導體提供多種集成了車載網(wǎng)絡、電源(如線性穩(wěn)壓器、DC-DC穩(wěn)壓器)、監(jiān)控(如看門狗、SPI、狀態(tài)、中斷)及I/O的器件，如NCV7420和NCV7425，兩款器件都集成了LIN收發(fā)器及3.3 V或5 V穩(wěn)壓器，輸出電流能力分別為50 mA及150 mA。
汽車空調(diào)是安森美半導體在汽車應用中所關注的核心應用之一。安森美半導體提供一系列應用于汽車空調(diào)應用的產(chǎn)品，包括電源供電、電機驅(qū)動、SmartFET和分立器件。這些器件均通過了汽車級產(chǎn)品認證，有助于汽車整車廠商滿足汽車空調(diào)中越來越苛刻的需求，不斷提高汽車空調(diào)系統(tǒng)的安全性可靠性及燃油經(jīng)濟性。
