AMIS-3052X ASSP在汽車HVAC系統(tǒng)中的設計 - 全文

　　高度集成的特定應用標準產品(ASSP)作為包含分離器件電控單元(ECU)的有益替代產品而出現(xiàn)，為汽車加熱、通風及空調系統(tǒng)(HVAC)的應用提供風門位置控制。除改進可靠性外，還節(jié)省了空間、成本和重量，并提供精確的位置控制和靈活的設計，隨著汽車HVAC系統(tǒng)的日益復雜，ASSP所帶來的這些優(yōu)點也變得尤為重要。

　　HVAC系統(tǒng)是當今大部分汽車的標準設備。這一系統(tǒng)的設計宗旨是實現(xiàn)高效率、增強可靠性、改善乘客安全和舒適度，同時減少尺寸、重量和溫室氣體的排放。先進的傳感和閉路控制功能也正逐漸集成到這一系統(tǒng)中。

　　傳感器元件包括溫度、濕度和氣體傳感器，還包括測量太陽輻射水平及測定乘客車廂內污染物水平的傳感器。來自這一傳感器陣列的實時數據將被發(fā)送到各種嵌入式智能電子模塊中。這些電子子系統(tǒng)是為通過控制各種電子機械組件的運動以實現(xiàn)高效調節(jié)乘客車廂內氣流而設計的(圖1)。

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　　HVAC系統(tǒng)通向乘客車廂的氣流主要通過機械風門控制，這種機械風門與氣流管道集成使用。這些風門用于引導空氣在乘客車廂內各個區(qū)域(多區(qū)域氣候控制)的流動，以控制熱、冷空氣混合，及外部和再循環(huán)空氣混合(以控制車廂內污染，進而調節(jié)溫度)。風門依次與直流電機機械(通常為步進電機)連接，從而形成眾多的電子機械子系統(tǒng)。

　　與這些電子機械子系統(tǒng)設計有關的主要挑戰(zhàn)在于，要達到實時、快速和精確的氣流閉路控制(風門移動與定位的同時，還要減少系統(tǒng)的成本、尺寸和重量。此外，為保持乘客的舒適度，要求電機和風門近乎零噪音運行，同時延長整個系統(tǒng)的運行壽命并增強其可靠性也是關鍵因素。要滿足這一系列苛刻的要求，很顯然由大量分離式集成電路組成的電子模塊將不再是可行的方法。

　　新近引入的AMIS-3052X步進運動控制ASSP，使汽車HVAC系統(tǒng)設計者能夠開發(fā)出最終解決方案，極為靈活、有效地解決了系統(tǒng)層面的設計挑戰(zhàn)。它基于一系列創(chuàng)新的集成片內功能，提供全面的可編程數據通信、電源管理、電機控制(速度、方向及位置)及系統(tǒng)保護功能。另外，這些設備可與5V和3.3V的微控制器兼容，并可通過SPI界面提供雙向數據傳輸功能。該器件的原理圖如圖2所示，典型的電機驅動應用電路如圖3所示。

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　　本文描述了AMIS-3052X ASSP的新穎特征和功能，及在汽車HVAC系統(tǒng)設計和運行方面的優(yōu)勢。

　　可編程微步進及智能電機電流轉換器

　　步進電機是一種同步直流電機，因此轉子的穩(wěn)定停留位置與定子的誘導磁通量是同步的。在步進電機中，微步進運行模式允許轉子在一次完整的旋轉中增加停留位置的數量，由此電機的震動和噪音得以大大減少。

　　AMIS-3052X與一臺智能“步進命令電機電流”轉換器一起，可提供7種微步進可編程模式(完整、1/2、1/2補償、1/4、1/8、1/16和1/32)，由此達到實時和快速反應，及HVAC風門的平穩(wěn)精確運行。這一微步進特征還能夠大量減少失步，實現(xiàn)零噪音運行，同時提高乘客車廂環(huán)境的舒適度。

　　AMIS-3052X的其他重要特征體現(xiàn)在集成“下一步”及“旋轉方向”輸入/輸出引腳。一旦結合到系統(tǒng)微控制器中，它們能夠使微步進模式及多個步進電機旋轉方向快速變化(HVAC風門移動分辨率和方向)，同時減少系統(tǒng)微控制器過載。

　　可編程H橋電機驅動器

　　在AMIS-3052X集成了兩個帶有高達1.6A可編程輸出電流的全H橋輸出級。輸出電流的調節(jié)是通過電流模式脈沖寬度調制(PWM)來完成的，與集成的測量實際電機電流感測電路結合使用。除了不再需要外部H橋電機集成電路(減少系統(tǒng)的成本、尺寸和重量)，改進的電機電流調節(jié)使HVAC風門的移動更加精確。

　　速度及荷載角輸出

　　AMIS-3052X器件的一個創(chuàng)新性特征是“速度及荷載角”輸出引腳，提供與電機測量反電勢電壓成比例的輸出電壓。這一輸出信號可以發(fā)送到系統(tǒng)微控制器中，以便用戶編程停轉檢測功能的演算法可以得到執(zhí)行，轉子停轉條件也可以得到檢測。有了此無傳感器停轉檢測功能，就不再需要外部位置傳感器，進一步減少了HVAC系統(tǒng)的成本、尺寸和重量。

　　電源管理與系統(tǒng)保護

　　AMIS-3052X系列產品是通過專有的高壓混合信號技術開發(fā)的。因此，該設備可以在較寬的輸入電源電壓(~6V到~30V)內運行。這樣一來也就不需要外部調壓器了。另外，AMIS-30522還有額外的5V/50mA的穩(wěn)壓輸出功能，旨在為外部微控制器供電。因此，也不需要由外部穩(wěn)壓器為微控制器供電。

　　AMIS ASSP也有功耗節(jié)省(睡眠)模式，以及短路、開路和過熱檢測及保護電路功能。

　　未來趨勢

　　由于全球人士對能源效益、更潔凈環(huán)境及減少溫室氣體排放的積極關注，對汽車HVAC系統(tǒng)實現(xiàn)提高效率、減少尺寸及零部件的數量的要求將變得越來越重要。另外，為了向乘客提供更加安全、舒適及用戶自定義的HVAC功能，環(huán)保傳感器的數量將繼續(xù)增加，因此對電子數據處理和控制內容的需求也將增加。除了降低車內發(fā)動機及外部環(huán)境引起的可聞噪音水平外，還要加大力度減少乘客車廂內由于HVAC系統(tǒng)自身運行所引發(fā)的噪音。