用于汽车自动空调的电源、电机驱动及分立元件方案

汽车空调的电源供电

如图2的汽车空调系统架构图所示，汽车空调系统需要为微控制器(MCU)、各种传感器、驱动器、存储器等供电。常见的汽车电池电压包括12V或24V。如果采用24V系统供电，则需要高耐压产品，加强热管理，提升电源能效并控制成本。如果采用12V系统供电，则成本更具优势，要求较低静态电流及采用优化的封装。不同供电电压也涉及到不同的汽车空调电源供电架构图，如下图所示。但无论是哪种架构，都会用低压降(LDO)稳压器将24V或12V电压转换为5V。安森美半导体提供阵容丰富的LDO产品，表1列出的是适合于汽车空调应用的LDO。它们能够承受高输入电压，提供低静态电流，通过的汽车行业AEC-Q100认证，符合汽车空调应用要求。

图3：汽车空调电源转换架构

汽车中的外部传感器必须采用稳定的电源，即LDO跟随稳压器(或称电压跟随器)。这些LDO跟随稳压器必须得到充分保护，以防诸如对地短路、电池短路、电池反接等故障；同时，其输出电压必须与参考电压高度一致。安森美半导体提供具有完善保护功能的电压跟随器NCV8184，为外部传感器供电。NCV8184是一款单片LDO跟随稳压器，提供可调节的缓冲输出电压，且密切匹配参考输入电压(精度达±3 mV)。这器件的输出电流能力为70 mA，在50 mA电流时的典型压降仅为0.35V；静态电流仅为70 μA。

用于汽车空调的电机驱动器

根据不同的地区及不同汽车整车厂的配置需求，汽车空调风门执行器可以采用不同的拓扑结构，如直流电机、单极性步进电机及双极性步进电机。

最常见的风门执行器是直流电机，并集成位置传感器，将风门位置信号反馈给微控制器。为控制直流电机的正转或反转，需要使用2个高边(HS)开关及2个低边(LS)开关组成全桥电路。通常情况下，这些高边或低边开关已经集成各种完善的保护，如过压保护、过载保护及过温保护等。在步进电机方面，单极性步进电机需使用4个低边开关，而双极性步进电机需使用4个高边开关和4个低边开关。

图4：汽车空调风门执行器的电机结构及驱动需求

直流电机风门执行器的工作电流一般在100mA左右，最大堵转电流小于450mA。此外，需要H桥驱动来改变运行方向。电机驱动器还需要故障诊断报告，且提供足够的保护功能。安森美半导体的NCV77xx系列器件可用于驱动直流电机风门执行器，如NCV7718。NCV7718是一款六路半桥驱动器，高、低边在驱动器芯片内部连接，并以H桥输出。这器件以6路PMOS作为高边驱动，6路NMOS作为低边驱动，能够提供0.55 A持续驱动电流，集成了内部续流二极管。NCV7718能以正向、反向、制动及高阻态工作，能够通过16位SPI接口控制，带有专门设计用于汽车及工业运行控制应用的保护功能，如欠压及过压锁定、过流保护、过温保护、欠载保护及鉴别故障报告等。

除了直流电机驱动器，安森美半导体还提供用于汽车空调的单极性及双极性步进电机驱动器。安森美半导体的单极性步进电机驱动器包括NCV7608和NCV7240等。其中，NCV7608是8路高、低边可配置驱动器，每通道能提供350 mA驱动电流，并提供完善的保护功能；NCV7240是8路低边驱动器，每通道能提供600 mA驱动电流，可采用16位SPI接口控制，也提供完善的保护功能(如开路诊断、过载保护及过温保护等)。这两款器件分别采用SOIC28和SSOP24封装。

用于汽车空调的双极性步进电机驱动器包括AMIS-30730和NCV70501等。汽车空调的进气风门需要采用低噪音设计，因为这个执行器是连续工作模式。采用NCV70501这样的双极性步进电机驱动器可以实现低噪音。NCV70501通过H桥驱动步进电机，可以通过设置内部寄存器来改变电机的方向和步数等。AMIS-30730则是单芯片智能步进电机驱动器方案，内部包含双极性步进电机驱动、微控制器(MCU)内核、LIN接口、ROM、RAM及EEPROM等。

外部负载高边或低边驱动器

除了风门执行器，还需要驱动或控制外部负载，如中央电器盒。安森美半导体提供用于外部负载驱动的SmartFET，可用于高边或低边驱动，如NCV8440、NCV8401/2/3/5/6等低边驱动器，以及NCV8450、NCV8452等高边驱动器。这些SmartFET是带保护的MOSFET，在功率MOSFET的基础上增加了多种保护功能及高边或低边驱动等。以NCV8452高边SmartFET为例，这器件的导通阻抗为200 m?，过压保护等级为41V，输出电流限制值为1 A，集成了丰富的保护特性，如短路保护、过载保护、过温关断及自动重启、内部钳位二极管过压保护、ESD保护 及逻辑电平控制等。