基于汽车空调系统的高能效方案

今天，空调装置已成为衡量汽车功能是否齐全的标志之一。安森美半导体一直致力于满足汽车空调中越来越苛刻的需求，以优秀的产品不断提高汽车空调系统的安全性、可靠性及燃油经济性。汽车空调系统是实现对车厢内空气进行制冷、加热、换气和空气净化的装置，可以为乘车人员提供舒适的乘车环境，降低驾驶员的疲劳强度，提高行车安全。下面就来看看安森美半导体提出的用于汽车空调系统的高能效方案。

汽车空调系统结构及供电要求

现代汽车空调系统由制冷系统、供暖系统、通风和空气净化装置及控制系统等组成。图1中的绿色部分是安森美半导体为汽车空调系统提供的各种器件。

图1:安森美半导体为汽车空调系统提供的器件(绿色方框)

汽车空调系统典型的供电架构是为微控制器(MCU,亦俗称“单片机”)、传感器及其他板载控制芯片、LED供电。通常，单片机消耗电流一般小于50mA;风门位置传感器、光线传感器、温度传感器等需要的电流也小于50 mA;板载控制芯片，如A/D芯片、总线并转串或运放等也是这样;作为背光和按钮显示的LED的电流消耗取决于按钮的数量及整体亮度，通常与单片机相关。所以，整个系统的电流一般在150mA以内。

24 V系统电源供电需要考虑高耐压产品，满足热管理要求，以及电源效率和成本控制等问题。其结构有两种，一种是24 V电源经大功率TVS(瞬态电压抑制器)，由低压降稳压器(LDO)转换为5 V,同时为电机驱动供电，TVS可用来防止易受攻击的电路受到电气过应力及快速过电压的影响;另一种是24 V电源经成本较高的DC/DC降压到12 V,再经LDO转换为5 V并为电机驱动供电。

12 V系统电源供电经LDO为MCU、传感器及其他器件供电，同时直接为DC电机和步进电机等电机驱动供电。12 V系统要考虑的是系统成本、低静态电流(Iq)和封装。适用于汽车空调的LDO包括NCV4264-2、NCV8660B、NCV8664、NCV8669、NCV4269A、NCV4279A、NCV4299、NCV4299AD、NCV4266、NCV8501、NCV8502、NCV2931、NCV8768和NCV8769.

安森美半导体还提供为传感器供电、具有完善保护功能的电压跟随器，如NCV8184.这是一款单片LDO跟随稳压器，提供可调节的缓冲输出电压，可密切匹配参考输入电压(精度可达±3 mV)。该器件的输出电流能力(Iout)为70 mA,在50 mA电流时的典型压降仅为0.35 V;静态电流仅为70 μA,并有使能引脚。

图2:电压跟随器框图

丰富的汽车空调系统驱动方案

汽车空调系统驱动的对象主要有风门执行器、智能高低边、鼓风机和LED.

1. 风门执行器驱动

风门执行器驱动的拓扑结构因不同整车厂的配置需求而异，有直流电机、单极性步进电机及双极性步进电机几种。直流电机集成了位置传感器，将风门位置信号反馈给单片机。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，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。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个低边开关来驱动。

直流电机风门执行器的正常工作电流约为100 mA,最大堵转电流小于450 mA;另外需要H桥驱动来改变运行方向，以及故障诊断报告功能和芯片内保护功能。安森美半导体的NCV77xx系列器件(如NCV7718)可用于驱动直流电机风门执行器，其中NCV7718是一款6路半桥驱动器，芯片内部连接了高低边，以H半桥作为输出。

该器件以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，内部集成了续流二极管。NCV7718最大功耗仅为5 μA,能以正向、反向、制动及高阻态工作，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、过流关断、过温保护、诊断、驱动状态、低负载保护及故障报告等。

图3:NCV7718 6路半桥驱动