剖析車用LIN控制交流發(fā)電機(jī)穩(wěn)壓器TC80310

在汽車使用過程中，經(jīng)常由于外界因素和內(nèi)部參數(shù)變化的影響而導(dǎo)致汽車速度不穩(wěn)定，影響汽車的運(yùn)行質(zhì)量，嚴(yán)重時還會產(chǎn)生不良后果。為此應(yīng)在汽車供電線路中安裝交流發(fā)電機(jī)穩(wěn)壓器，以改善和消除上述現(xiàn)象。TC80310是一款單片式交流發(fā)電機(jī)穩(wěn)壓器集成電路（IC）。

能與本地互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)（LIN）集成，為汽車交流發(fā)電機(jī)提供增強(qiáng)型控制功能。交流發(fā)電機(jī)制造商可以利用IC可編程這一特性控制電池調(diào)節(jié)電壓，以便在汽車的整個生命周期優(yōu)化整體性能和電池使用壽命。獨特的自啟動工作模式可以使電機(jī)作為啟動發(fā)電一體機(jī)，應(yīng)用在汽車啟停系統(tǒng)上。

1 芯片介紹

80310引腳功能及外圍電路如圖1所示。

內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。80310由B+A引腳提供電壓。這個電壓也是控制電路的反饋電壓。VP1和VP2是分別來自于PH1和PH2相信號。兩信號壓差為相電壓，當(dāng)相電壓大于0.45V時為有效。當(dāng)VP1》8V且VP21V時產(chǎn)生內(nèi)部脈沖信號P1_AND_P2（CLK Phase），可反應(yīng)當(dāng)前相頻率。IC通過MOSFET的高側(cè)提供電流給交流發(fā)電機(jī)的勵磁線圈。

芯片內(nèi)部提供一續(xù)流二極管，保持汽車的電池電壓在設(shè)定值，并且輸出電流（高達(dá)8.0A）給電力設(shè)備。ADC用于電壓、電流、熱反饋中的模數(shù)轉(zhuǎn)換。POR（Power On Reset）模塊的目的是給主邏輯產(chǎn)生一個電啟動信號。能隙模塊為其他模塊提供電壓電流。IC可以通過OTP（One Time Programmable）編程（出廠時一次性寫入），以適應(yīng)多種發(fā)電機(jī)和設(shè)備。

80310有一個工業(yè)級LIN協(xié)議接口（1.3版）。這使ECU可以調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的目標(biāo)電壓（10.6～16V）、LRC斜坡時間、LRC禁止頻率和勵磁限流。 ECU也能通過LIN讀取Die溫度、勵磁電流、EXC占空比（DF）、產(chǎn)品信息和多種錯誤信息。一旦實現(xiàn)了LRC禁用頻率，充電系統(tǒng)將提供更加快速的響應(yīng)。當(dāng)發(fā)動機(jī)處于低轉(zhuǎn)速時，突發(fā)的電氣負(fù)載需求增加會導(dǎo)致突發(fā)扭矩負(fù)載，LRC消除了由此而導(dǎo)致的發(fā)動機(jī)速率震蕩和振動。

2 工作模式

2.1 LIN模式

在等待狀態(tài)時，在未檢測到有效的相電壓的前提下，Master可以通過LIN發(fā)送控制信號喚醒80310可以進(jìn)入LIN模式（從機(jī)地址為#39或#2B）。工作狀態(tài)如圖3所示。

當(dāng)80310診斷Master的命令有效（發(fā)電機(jī)目標(biāo)電壓不等于10.6 V且無錯誤信號）時，進(jìn)入預(yù)勵磁狀態(tài)。此時，若B+A的電壓低于目標(biāo)電壓，預(yù)勵磁為占空比13.5%的PWM，否則占空比為4.1%。預(yù)勵磁的目的是增強(qiáng)發(fā)電機(jī)的磁化，以保證發(fā)動機(jī)啟動時發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子最小相電壓。當(dāng)相速度達(dá)到800RPM時，進(jìn)入LRC控制。

在LRC控制下，80310控制勵磁的占空比逐漸增大，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的輸出電壓至設(shè)定電壓。此時相頻率和輸出電壓隨著勵磁的增加而增加。當(dāng)相頻率達(dá)到2400RPM，并且輸出電壓達(dá)到目標(biāo)電壓，則進(jìn)入無LRC調(diào)節(jié)控制。這時，80310控制勵磁的占空比不變，輸出電壓穩(wěn)定。如果相頻率低于2400RPM，80310重新回到LRC模式。如果相頻率低于500RPM，則退出LRC控制，進(jìn)入預(yù)勵磁模式。

在LRC和無LRC控制周期中，如果上一個周期內(nèi)相電壓低于8 V，則進(jìn)入重復(fù)調(diào)節(jié)模式，直到高相電壓出現(xiàn)。此時勵磁占空比為100%。在第8個周期結(jié)束時，如果還沒出現(xiàn)高相電壓，則返回上一狀態(tài)。

若總線上超過3 s無LIN控制信號，則自動進(jìn)入自啟動的工作模式。

LIN模式的標(biāo)準(zhǔn)工作狀態(tài)下，相電壓、勵磁和電池電壓的示意圖如圖4所示。

2.2 自啟動模式

在等待狀態(tài)時，先檢測到有效的相電壓而非LIN信號，則80310被喚醒進(jìn)入自啟動模式。在喚醒后100 ms內(nèi)，若檢測相頻率大于3 000 rpm，80310提供占空比為100%的勵磁。否則返回等待狀態(tài)，等待下一次被喚醒。若100%的勵磁使電機(jī)在100 ms內(nèi)啟動，則進(jìn)入預(yù)勵磁狀態(tài)，之后的工作狀態(tài)與LIN模式相同，目標(biāo)電壓默認(rèn)為13.8 V。如果電機(jī)未能啟動，則返回等待狀態(tài)，等待被喚醒。

這一模式中芯片提供了100%的勵磁，使電機(jī)可以自啟動。通過改變電機(jī)控制電路的電流方向，就可以使電機(jī)在發(fā)電機(jī)和電動機(jī)直接切換。這樣電機(jī)就可以作為啟動發(fā)電一體機(jī)。處在自啟動模式時，一旦檢測到有效地LIN控制信號，就進(jìn)入LIN模式。3 s內(nèi)無LIN控制信號則再次按照自啟動模式的工作方式。

對于輕型轎車，自啟動模式基本可以滿足汽車正常啟動和行駛中對電機(jī)的要求。但當(dāng)能量回饋時，電機(jī)工作在發(fā)電模式，并需要一個更大的轉(zhuǎn)矩來回收能量，這時LIN模式能快速的幫助能量的回收。

2.3 其他工作模式

當(dāng)電池輸出電壓為10.6～16 V時，80310工作在正常模式（LIN模式和自啟動模式）。大于16 V時，80310給予最小PWM占空比（4.1%）的勵磁。并在電壓大于16.5 V時過壓錯誤檢測。大于21 V卸載保護(hù)，關(guān)閉勵磁。小于10.6 V時，給予最大勵磁。低于5.0 V，邏輯復(fù)位。

3 典型應(yīng)用

80310適用于6相無刷直流電機(jī)。按照應(yīng)用電路搭建實驗環(huán)境，分別測試LIN模式和自啟動模式。圖5為LIN模式下，目標(biāo)電壓設(shè)為14.7 V，系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)即無LRC調(diào)節(jié)時的波形。此時，B+A的電壓約等于目標(biāo)電壓14.7 V，勵磁占空比穩(wěn)定在44.4%。

4 結(jié)束語

TC80310通過與ECU之間的單線LIN連接，使電機(jī)的可控性提高、電池電壓穩(wěn)定、系統(tǒng)更加安全。

編輯：jq