第一篇：安森美半導體用于汽車空調系統(tǒng)的高能效方案

安森美半導體用于汽車空調系統(tǒng)的高能效方案

來源：大比特商務網

摘要：汽車空調系統(tǒng)是實現(xiàn)對車廂內空氣進行制冷、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，空調裝置已成為衡量汽車功能是否齊全的標志之一。安森美半導體一直致力于滿足汽車空調中越來越苛刻的需求，以優(yōu)秀的產品不斷提高汽車空調系統(tǒng)的安全性、可靠性及燃油經濟性。

關鍵字：汽車空調系統(tǒng),安森美半導體, 汽車空調系統(tǒng)結構及供電要求

現(xiàn)代汽車空調系統(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系統(tǒng)提供的各種器件。

圖1：安森美半導體為汽車空調系統(tǒng)提供的器件(綠色方框)

汽車空調系統(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。V系統(tǒng)電源供電需要考慮高耐壓產品，滿足熱管理要求，以及電源效率和成本控制等問題。其結構有兩種，一種是24 V電源經大功率TVS(瞬態(tài)電壓抑制器)，由低壓降穩(wěn)壓器(LDO)轉換為5 V，同時為電機驅動供電，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電源經成本較高的DC/DC降壓到12 V，再經LDO轉換為5 V并為電機驅動供電。V系統(tǒng)電源供電經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

豐富的汽車空調系統(tǒng)驅動方案

汽車空調系統(tǒng)驅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)行器驅動

風門執(zhí)行器驅動的拓撲結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或反轉，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，最大堵轉電流小于450 mA;另外需要H橋驅動來改變運行方向，以及故障診斷報告功能和芯片內保護功能。安森美半導體的NCV77xx系列器件(如NCV7718)可用于驅動直流電機風門執(zhí)行器，其中NCV7718是一款6路半橋驅動器，芯片內部連接了高低邊，以H半橋作為輸出。

該器件以6路PMOS作為高邊驅動，6路NMOS作為低邊驅動，能夠提供0.55 A持續(xù)驅動電流，內部集成了續(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、驅動狀態(tài)、低負載保護及故障報告等。

圖3：NCV7718 6路半橋驅動

安森美半導體還提供用于汽車空調的單極性及雙極性步進電機驅動器。單極性步進電機驅動器包括NCV7608和NCV7240等。NCV7608是8路高低邊可配置驅動器，每通道能提供350 mA驅動電流及完善的保護功能;NCV7240是8路低邊驅動器，每通道能提供600 mA驅動電流，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：汽車空調雙極性步進電機驅動器AMIS30730 雙極性步進電機驅動器包括AMIS-30730和NCV70501等。AMIS-30730是LIN接口單芯片智能步進電機驅動器方案，驅動電流為300 mA，內部包含MCU、ROM、RAM、EEPROM。NCV70501是SPI接口步進電機驅動器，驅動電流為300 mA，可以實現(xiàn)進氣風門的低噪聲設計，可以通過設置內部寄存器來改變電機的方向和步數(shù)等。

圖5：汽車空調雙極性步進電機驅動器NCV70501 2.智能高低邊驅動

SmartFET是用于外部負載(如中央電器盒中的繼電器)的高/低邊驅動。這些驅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/低邊智能驅動器件有NCV8440、NCV8440、NCV8401、NCV8402、NCV8403、NCV8406等低邊驅動器，以及NCV8450、NCV8452等高邊驅動器。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.鼓風機驅動

鼓風機驅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動器，如LV8901、LV8902及MC33033/5等。安森美半導體還提供用于鼓風機驅動的一系列功率MOSFET，如NVB5860N/NL、NVMFS5830NL、NVMFS5832NL、NVB5404N、NVB5405N、NVD5802及NVD5890N等。

圖7：三相電機預驅動

4.LED驅動

安森美半導體采用恒流穩(wěn)流器(CCR)的LED驅動器可用來驅動汽車空調應用中的LED。其中包括適合低噪聲系統(tǒng)的雙端可調節(jié)輸出版本及三端可調節(jié)輸出版本。這些器件內置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應用的產品，包括電源供電、電機驅動、SmartFET和分立器件。這些器件均通過了汽車級產品認證，有助于汽車整車廠商滿足汽車空調中越來越苛刻的需求，不斷提高汽車空調系統(tǒng)的安全性可靠性及燃油經濟性。

文章出處：《安森美半導體用于汽車空調系統(tǒng)的高能效方案》

第二篇：適用于高能效多燈串系統(tǒng)的完整街道照明平臺的數(shù)字LED驅動器解決方案

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LED廠商建議通過控制正向電流使發(fā)光二極管保持額定的光通量和特定的色溫。鑒于LED的亮度與正向電流值成正比，這個控制方法是最佳的LED電源解決方案。

此外，LED的正向電壓與輸出功率受到結溫的嚴格限制，特別是大功率LED更是如此;結溫是眾所周知的影響質量和使用壽命的關鍵參數(shù)。

準確地說，隨著結溫升高，正向電壓與輸出功率會逐漸降低，熱漂移會導致臨界電流升高。

為了通過降低正向電壓解決熱漂移問題，提高系統(tǒng)總體能效，通過PWM和/或模擬調光技術控制亮度，獲得防失效管理和過熱控制功能，照明系統(tǒng)對具有特定控制功能的LED驅動器的需求不斷提高。如果給建筑照明和街道照明等應用增加價值，還需要在LED驅動器內增加遙控功能。

因為大功率因數(shù)交流-直流變流器能夠把電網交流電壓轉換成更高的輸入直流電壓，所以普通照明LED驅動器通常采用標準降壓拓撲，這種驅動器基于集成一個功率開關的模擬單片解決方案，最大輸出電流達到 350mA。如果電壓高于50/60V，因為芯片技術限制，單片解決方案將無法勝任。

很多照明平臺需要那些使用多個驅動器的多路輸出系統(tǒng)，而這將會增加系統(tǒng)架構和版圖設計的復雜性，結果導致設計成本增加。

標準解決方案的主要應用限制與基于并聯(lián)電阻器和內部比較器的電流檢測方法有關。比較器把從靈敏電阻器回饋的電流與內部參考電流值進行比較，然后產生一個用于控制柵極驅動電路的輸出信號。

這個常用的模擬控制方法實現(xiàn)了對峰流的控制，因為LED光色漂移在很多要求嚴格的照明應用領域是不準許的，所以這種方法并不是高品質照明的最佳解決方案。

創(chuàng)新的LED驅動器

意法半導體提出一個能夠滿足照明要求的高成本效益的街道照明平臺解決方案。該方案具有優(yōu)異的性能、超高能效(全負荷時總體能效大于91%)、完整的防失效管理(過流保護、過壓保護和短路保護)功能。

該平臺由兩大部分組成：電源部分與電流控制器。其中，電流控制器是一個數(shù)字電流控制器。

電源電路的最大輸出功率達到130W(48V，2.7A)，該電路由兩級電路組成：基于L6562AT的前端功率因數(shù)校正器(PFC)和基于L6599AT的LLC諧振轉換器。

這個設計的特點如下：

擴展的歐洲輸入交流電壓范圍(177 ÷ 277 VAC – 頻率 45 ÷ 55 Hz)超高能效(全負載是93.85%)免除了對散熱器的需求無電解電容器，長久可靠符合EN61000-3-2 Class-C(交流諧波)、EN55022-Class-B(EMI)和EN60950的雙絕緣(SELV)標準電流控制器的核心是采用一個以地線為參考的電流檢測方法，這個算法是由一個通用微控制器實現(xiàn)的，能夠調整反向降壓轉換器的輸出電流。該解決方案無需差分放大器或誤差放大器，更不需要網絡濾波器以及其它的外部無源器件。

該反向降壓拓撲的模式為連續(xù)導通模式(CCM)，選擇CCM模式的原因是反向降壓拓撲的功率開關與地線相連，而不是像標準降壓拓撲那樣連接上橋臂開關。因此，在這個解決方案中，可直接使用微控制器驅動東營變頻器維修 東營變頻器 變頻器維修

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一個邏輯電平(5V)或超邏輯電平(3.3V)功率開關，無需任何柵極驅動級，這使總體解決方案變得簡單且成本低廉。圖1所示是完整的照明解決方案。

圖1 LED街道照明解決方案

靈活性是這個解決方案的研發(fā)目的，從低功率、低壓到大功率、高壓，該解決方案可單獨驅動最多16個輸出通道。意法半導體擁有街道照明專用產品組合，因此，該解決方案讓設計人員只使用一個拓撲就能覆蓋各種不同的LED驅動系統(tǒng)。

均流檢測:專用的微控制器外設電流控制是這個平臺的與眾不同之處。該解決方案利用微控制器外設(高分辨率定時器和快速模數(shù)轉換器)來管理電流控制過程。

觸發(fā)器/時鐘控制器是定時器架構的元件之一，模數(shù)轉換器觸發(fā)電路是觸發(fā)器/時鐘控制器內置的一個特殊功能，通過TRGO信號可以管理模數(shù)轉換器的四個觸發(fā)信源事件(Reset, Enable, Up/Down, Count)。

在這個架構內有一個與PWM周期中心對準的三角形載波，當達到最大計算值時，該三角形載波利用TRGO信號觸發(fā)模數(shù)轉換器，這個最大值正好是導通時間(Ton/2)波形周期的中間。

如果能夠保證連續(xù)導通模式運行，這個觸發(fā)操作與隨后的模數(shù)轉換過程將會計算出均流值，而不是在電流增大期間通過軟件處理過程來估算均流，如圖2b所示。

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圖2 a)在導通期間(Ton)的LED電流;b)在Ton/2期間的模數(shù)轉換器觸發(fā)操作

這個觸發(fā)功能嵌入在定時器架構內，因為在轉換數(shù)據(jù)能夠用于電流回路通過標準PI控制器調整電流前，轉換操作都是由軟件管理的，所以不會給CPU增加負荷。

此外，Ton/2電流值不受開關操作的影響(圖3a)，因為沒有阻容濾波器引起的延時，所以電流檢測精度不再是問題。具有PWM調光功能的電流調整波形如 3b所示。

圖3 a)LED電流(綠色波形)和并聯(lián)變阻器上的電壓(紫紅色波形);b)LED燈串上的均流控制

一旦轉換操作結束，電流控制立即逐個通道地每3個PWM周期執(zhí)行一次轉換結束中斷服務處理程序(End Of Conversion Interrupt Service Routine)，以確保適合的控制器帶寬。為最大限度地減少因控轉換時間造成的通道之間電流失匹，當控制器對其中一個通道進行轉換和調整操作時，同時還利用不同的采樣時間控制其余的通道。

為了在白天改變輸出光通量，調整照明系統(tǒng)的總體亮度，該平臺還在LED整流電路內增加調光功能。

為了全面地分析采用反向降壓轉換器拓撲實現(xiàn)的數(shù)字電流控制器，圖4對能效與電流負載進行了對比分析。在全負載時，四條通道可實現(xiàn) 97%的總能效，這可滿足主要的節(jié)能要求。

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圖4 能效圖

最后，過壓保護、過流保護和LED短路保護(有維修人員檢修的應用情景)進一步完善了這個街道照明平臺的性能和市場競爭力。該平臺的優(yōu)點包括：可以輕松實現(xiàn)1到16路輸出通道，用軟件和靈活的數(shù)字控制器控制的1W、3W或大功率LED的電源模塊，為可調光的多燈串架構的高能效街道照明系統(tǒng)提供最佳的解決方案。

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