汽車暖通空調(diào)系統(tǒng):閥門控制

        前言

　　暖通空調(diào)(HVAC)系統(tǒng)能夠向車廂輸送冷風或熱風，為乘客和駕駛員提供一個安全、舒適、輕松的環(huán)境，提高車窗和后視鏡的玻璃的可視性，濾除車廂內(nèi)的花粉、塵土和異味。

　　最近，我們看到小轎車對空調(diào)系統(tǒng)的需求大幅增長。為確保汽車乘坐起來如同家里的沙發(fā)一樣舒適，空調(diào)系統(tǒng)變得日益復雜，相關法規(guī)也越來越多。事實上，現(xiàn)代空調(diào)系統(tǒng)將車內(nèi)分為四個不同的區(qū)域，對每個區(qū)域進行獨立的氣候控制。因此，今天幾乎找不到一個沒有暖通空調(diào)系統(tǒng)的小轎車，空調(diào)系統(tǒng)的產(chǎn)量幾乎等于小轎車的產(chǎn)量。

　　自從汽車開始安裝空調(diào)的時候起，多項改良技術增加了現(xiàn)代空調(diào)系統(tǒng)的復雜程度。隨著空調(diào)系統(tǒng)向半自動空調(diào)和全自動化發(fā)展，人們預測手動空調(diào)的市場占有率將會逐步減少，但是，考慮到手動空調(diào)是經(jīng)濟轎車的首選解決方案，我們可以斷定，手動空調(diào)系統(tǒng)不會很快退市。為順應汽車空調(diào)市場的發(fā)展趨勢，滿足汽車廠商對暖通空調(diào)系統(tǒng)的需求，針對空調(diào)系統(tǒng)通風閥定位電機應用，意法半導體開發(fā)出兩款新的智能功率驅動器 L99MD01和L99MD02。 L99MD01通常用于高端空調(diào)解決方案，而L99MD02則滿足中檔空調(diào)系統(tǒng)的需求。

　　驅動通風閥控制器的新型智能功率芯片

　　空調(diào)系統(tǒng)可以分為三大類型:手動空調(diào)、半自動空調(diào)和全自動空調(diào)。自動空調(diào)系統(tǒng)的通風閥是由步進電機或直流電機來控制的，具體是哪種電機取決于系統(tǒng)的復雜性和客戶需求。

　　典型的通風閥電機配置是利用內(nèi)置電位計的直流電機執(zhí)行位置檢測功能;另一種控制方法是采用單極步進電機。采用步進電機的解決方案有一大缺陷：連接通風閥執(zhí)行器和電子氣候控制單元需要5條線。顯然，為快速且精確地調(diào)整溫度，需要增加通風閥和電機的數(shù)量，這勢必導致車上的線束變得龐大和雜亂。 采用LIN總線驅動的機電控制方法是一個可行的解決方案，但是，成本的增加使這個解決方案僅適用于特別高檔的小轎車。

　　L99MD01和L99MD02能夠滿足客戶的多項需求。這兩個器件都定位于中高檔汽車市場，為通風閥定位系統(tǒng)開發(fā)人員提供完整的保護功能和設計靈活性。這兩款產(chǎn)品都是由SPI總線控制，整合了完整的診斷和保護功能，能夠監(jiān)控所有的輸出。

　　采用L99MD01驅動步進電機

　　L99MD01是一款由6路半橋組成的車用驅動器，能夠驅動步進電機和直流電機。

　　當被用作步進電機驅動器時，通過內(nèi)置的開關式電源模塊，配合外部升壓轉換器，這款芯片能夠同時驅動4臺步進電機，或者依次驅動3臺步進電機。

　　這個芯片為驅動通風閥的每臺步進電機節(jié)省兩條線，把線數(shù)從5條減到3條。此外，L99MD01還能驅動成本低廉的雙極繞組的步進電機，每相可以節(jié)省一個繞組，因此能夠減少線纜數(shù)量。

　　圖1:L99MD01應用示意圖

　　通過利用內(nèi)置SMPS模塊，可以實現(xiàn)一個直流-直流升壓轉換器，把電源電壓提高一倍，取得一個對稱電壓電源(0V / Vs / 2xVs)，半橋電路被轉換為全橋工作模式，準許雙向電流通過，通過兩個半橋驅動一臺步進電機的兩相。

　　此外，這個對稱電源向步進電機的各相繞組供給雙向電流，每相只需一條線，這意味著，如果所有電機都共用一條電源線，從控制單元引出兩條線即可驅動一臺雙極步進電機(如圖1所示)。

　　我們從圖2可以看出采用L99MD01的步進電機驅動器設計在布線和成本方面的優(yōu)點。

　　圖2:驅動雙極模式的步進電機節(jié)省電線和成本

　　采用L99MD0x系列產(chǎn)品驅動直流電機

　　相對于步進電機，直流電機成本更加低廉，是通風閥控制系統(tǒng)中最常用的控制電機。L99MD01和L99MD02兩款產(chǎn)品都能用于驅動直流電機控制的通風閥定位系統(tǒng)。

　　在這兩款產(chǎn)品中，L99MD01的功能和技術比較復雜，主要用于高端的汽車市場;該芯片整合了8個半橋電路，能夠同時驅動4個直流電機或依次驅動7臺直流電機，如圖3和圖4所示。

　　圖3- L99MD01同時驅動4臺直流電機

　　圖4- L99MD01依次驅動7臺直流電機

　　L99MD02是一個精簡版的L99MD01。該產(chǎn)品的基本結構包括一個6路半橋驅動器，沒有外部升壓轉換器用SMPS模塊，目標應用鎖定在中檔汽車空調(diào)系統(tǒng)市場。