汽車(chē)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)及解決方案

有刷直流電機(jī)控制簡(jiǎn)單、成本低廉且功能多樣，非常適合需要集成式大功率可靠電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的汽車(chē)負(fù)載，比如車(chē)窗升降器、天窗控制、門(mén)鎖、鎖存器和發(fā)動(dòng)機(jī)閥門(mén)。

如果您正在設(shè)計(jì)汽車(chē)系統(tǒng)，可能會(huì)同時(shí)面臨器件級(jí)和系統(tǒng)級(jí)挑戰(zhàn)，包括尺寸限制、故障條件，以及設(shè)計(jì)重復(fù)使用以縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間的需求。因此，本文將詳細(xì)分析這些挑戰(zhàn)并提供相應(yīng)解決方法。

采用完全集成式高功率密度電機(jī)驅(qū)動(dòng)器減小系統(tǒng)尺寸

設(shè)計(jì)成本優(yōu)化型汽車(chē)系統(tǒng)時(shí)，需著重考慮減小系統(tǒng)尺寸和節(jié)省布板空間。減小封裝尺寸并將功能集成至有刷直流驅(qū)動(dòng)器，可減少外部元件數(shù)量，從而節(jié)省布板空間并降低成本。

設(shè)計(jì)小型系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)考慮以下改進(jìn)方法：

小型封裝尺寸 — 對(duì)于高功率密度解決方案，請(qǐng)使用具有高電流能力的小型封裝尺寸。DRV8243-Q1 系列推出了汽車(chē)類(lèi) HotRod 四方扁平無(wú)引線(xiàn)封裝，尺寸下限為 3mm x 4.5mm，是同類(lèi)產(chǎn)品中用于有刷直流驅(qū)動(dòng)器的超小封裝之一。

集成電流檢測(cè) — 采用內(nèi)部電流調(diào)節(jié)和電流反饋引腳，無(wú)需外部電流檢測(cè)電阻器，從而節(jié)省布板空間并降低成本。

集成式場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (FET) 解決方案 — DRV8243-Q1 系列可驅(qū)動(dòng)高達(dá) 32A 的 H 橋峰值電流和 46A 半橋峰值電流。采用支持中高電流的集成式解決方案，無(wú)需使用柵極驅(qū)動(dòng)器和外部 FET，可節(jié)省布板空間并降低成本。電流能力取決于印刷電路板設(shè)計(jì)和環(huán)境熱條件，因此，請(qǐng)務(wù)必查看我們的瞬態(tài)熱計(jì)算器，了解您的系統(tǒng)所能驅(qū)動(dòng)的電流值。

使用更小的封裝（如圖1所示）并盡量減少外部元件數(shù)量，可減小電路板尺寸并降低物料清單成本。

圖 1 ：DRV8245-Q1 器件系列尺寸比較

可靠解決方案的保護(hù)和診斷功能

從電動(dòng)后備箱門(mén)到燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)閥門(mén)的各種應(yīng)用中，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器都扮演著重要角色。因此，設(shè)計(jì)出能夠檢測(cè)并防止各種故障情況的可靠解決方案十分必要。

DRV8243-Q1 器件系列是首批在電機(jī)驅(qū)動(dòng)器處于開(kāi)啟和關(guān)閉狀態(tài)時(shí)都能提供開(kāi)路負(fù)載檢測(cè)和短路保護(hù)的器件。圖 2 所示為器件離線(xiàn)保護(hù)功能如何使用連接到 H 橋的無(wú)源電阻器網(wǎng)絡(luò)在啟用 FET 之前檢測(cè)系統(tǒng)問(wèn)題。即使 H 橋處于關(guān)閉狀態(tài)，該功能也有助于避免電機(jī)驅(qū)動(dòng)器發(fā)生損壞或出現(xiàn)異常行為。

圖 2 ：DRV8243-Q1 的關(guān)閉狀態(tài)診斷

離線(xiàn)診斷有利于保護(hù)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器免受系統(tǒng)其他部位所發(fā)生故障的影響，避免整體磨損。如需了解更多關(guān)于 TI 離線(xiàn)保護(hù)功能如何保護(hù)汽車(chē)系統(tǒng)的信息，請(qǐng)參閱應(yīng)用手冊(cè)“電機(jī)驅(qū)動(dòng)器中的開(kāi)路負(fù)載檢測(cè)”

串行外設(shè)接口選項(xiàng)提供詳細(xì)診斷，旨在確認(rèn)故障的類(lèi)型及發(fā)生位置，通過(guò)提供電機(jī)驅(qū)動(dòng)器故障的問(wèn)題根源，可節(jié)省設(shè)計(jì)人員解決問(wèn)題的時(shí)間。

采用可擴(kuò)展驅(qū)動(dòng)器優(yōu)化設(shè)計(jì)

電機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)汽車(chē)中的各種負(fù)載，比如繼電器、電磁閥和電機(jī)。有時(shí)，這些負(fù)載全部匯集于同一應(yīng)用，比如車(chē)門(mén)模塊或車(chē)身控制模塊。

DRV8243-Q1 系列的 H 橋和半橋驅(qū)動(dòng)器支持設(shè)計(jì)重復(fù)使用，可在汽車(chē)系統(tǒng)中擴(kuò)展不同負(fù)載。該器件系列具有相似的固件、功能和封裝引腳排列，支持在各種負(fù)載和電流范圍內(nèi)重復(fù)使用，有助于縮短設(shè)計(jì)時(shí)間。用于獨(dú)立模式時(shí)，H 橋驅(qū)動(dòng)器可驅(qū)動(dòng)兩個(gè)單向有刷直流電機(jī)、電磁閥或繼電器，無(wú)需兩個(gè)獨(dú)立半橋驅(qū)動(dòng)器；如圖 3所示。

圖 3 ：采用 DRV8243-Q1 系列型號(hào)實(shí)現(xiàn)跨多種負(fù)載擴(kuò)展

除具有相似固件外，DRV8243-Q1 和 DRV8244-Q1 引線(xiàn)式封裝還為引腳對(duì)引腳兼容，因此，在按比例調(diào)高或調(diào)低功率級(jí)別時(shí)更容易插入和更換這些器件。

設(shè)計(jì)汽車(chē)解決方案時(shí)，解決方案尺寸、保護(hù)性能和設(shè)計(jì)重復(fù)使用是需要考慮的關(guān)鍵因素。如果對(duì)本文中的相關(guān)內(nèi)容有任何疑問(wèn)，歡迎您在TI E2E電機(jī)驅(qū)動(dòng)器論壇中提出。

審核編輯：湯梓紅