|
在目前已有的前端雙雨刷系統中，左右雨刷器之間的同步用機械連接實現(圖1)。這很有必要，因為擋風玻璃受污垢、風及雨刷器的狀況不同的影響，使左右雨刷器的狀態不同。 多年來，汽車業一直在尋找一種能降低噪聲和機械連接空間要求的智能方案。 一種方案就是用電子解決方案替代機械連接(圖2)。在這種架構中，每個雨刷器都由一直流電機驅動。直流電機由可直接安裝在電機組件內部的微控制器和驅動IC來控制。用一接口處理左右雨刷器的同步問題，這樣，兩刷器之間就沒必要使用傳統雨刷系統那種機械連接，其噪聲大大減小，同時也節省了空間。 由于成本原因，雨刷系統使用直流電機。一種支持PWM和4個功率MOSFET控制方向驅動的全H橋柵極驅動器能控制這類電機。這種應用的IC必須采用高電壓工藝設計，必須適合在苛刻的環境中使用。另外，如擋風玻璃雨刷系統這樣的高容量直流電機應用應該采用優化的通信接口。 因為雨刷電子產品通常離汽車無線電設備很近，所以，必須控制EMC發射，汽車無線電的電子中斷會使汽車駕駛員難以忍受。可以用差分串行通信接口(SCI)收發器來減少這類輻射，改善EMC性能。SCI收發器是一種差分器件，對于僅有一個雨刷器的系統,它能以單端模式工作。這種柵極驅動器具備的SCI功能使其與LIN設備很類似。不過，與標準LIN接口相比，數據傳輸率更快，高達100 k波特。 每個雨刷器模塊(圖3)都由一個微控制器、一個高度集成的柵極驅動器和直流電機組成。由多個霍爾傳感器測量兩個雨刷器的位置。驅動器通過雨刷器開關把命令送至微控制器。電子設備靠近雨刷器電機安裝，對空間要求不是很大。 ECU消耗電流要低這一要求的重要性不斷增長。為能夠保證待用IC的靜態電流低，要采用專用喚醒和休眠模式。雨刷器應用的典型功能劃分見圖4示，由微控制器、微控制器供電穩壓器以及其他如霍爾傳感器的分立元件組成。為安全起見，例如在雨中駕駛時，雨刷器損壞可能就很危險，這就要求系統有一看門狗。 為進一步防止系統出現故障，要求汽車IC具備很多功能，如過熱關閉、過壓和欠壓保護、以及防短路全保護，要滿足嚴格的汽車鑒定要求(防傳導干擾，EMC和ESD保護)。為解決這些問題，滿足以上要求，Atmel公司開發了ATA6026這一高度集成的柵極驅動器IC。該柵極驅動器IC包括一個5V/100mA穩壓器加一個看門狗，對要求PCB面積較小的較小型設計，這就減少了外部元件數，這在機電方案中很關鍵。該IC進行運動控制，因此這一功能不需要在微控制器中增加任何存儲器。看門狗執行窗口看門狗的功能，在窗口打開期間，由微控制器通過WD引腳從低電平向高電平轉化時觸發。如果看門狗檢測到窗口錯誤，即在窗口打開時未觸發或者在窗口關閉時錯誤觸發，將會產生復位脈沖。 圖5中的框圖給出了要實現的功能和典型應用的原理圖。微控制器通過提供一PWM速度信號和一方向信號來控制IC的驅動功能。因為該芯片必須驅動外部H橋的柵極，所以包含有兩個推挽式驅動器，用來控制兩個用作高端驅動器的外部功率NMOS FET，另外還有兩個推挽式驅動器，用來控制兩個用作低端驅動器的外部功率NMOS FET。驅動器可與標準或邏輯電平功率NMOS FET一起使用。高端控制驅動器使用外部自舉電容器給柵極提供超過電池電壓8V～14V的電壓。也可以逆向控制電機。采用電荷泵給高端驅動器的柵極供電，這樣在兩個方向上都可能達到100%的占空比。為防止H橋出現高峰值電流，采用非重疊相位實現外部功率NMOS晶體管的切換。交叉導通時間由外部RC組合決定。 內部和外部電壓源采用低功率和低壓降片上穩壓器。一個用作功率元件的外部晶體管有助于降低功耗。在待用期間，器件的休眠模式能保證靜態電流很低，通常為35微安。對于6V～9V的電池電壓，穩壓輸出為5V ± 10%；電池電壓超過9V時，穩壓輸出為5V ± 3%。為防止外部NPN管和IC的損壞，用一感測電阻檢測穩壓器輸出電流。萬一出現過電流，穩壓器就將電流限制到指定的水平。也就是說，如果穩壓器特性變為穩流器特性，則輸出電壓將擊穿。即使出現永久的導通狀態(100% PWM，自舉功能不存在了)，全集成充電泵仍能給高端驅動器的外部功率MOSFET的柵極供電。另外，用作反向電池保護的外部功率NMOS的柵極可由充電泵輸出供電。 前面已經提到，ECU應用要具備休眠功能以滿足低電流消耗的要求。在ATA6026的休眠模式下，可以使用引腳EN或數據喚醒IC。只有幾個模塊處于換醒狀態(帶隙、帶有100 nF外部隔直電容的內部5V穩壓器、檢測EN引腳閾值的輸入結構和SCI接收部分的喚醒模塊)。上電缺省態為激活模式。為了在兩個模式間變化，采用3個步驟。除激活/不激活EN引腳外，還有通過使用SCI收發器實現的第二種喚醒方法。在休眠模式下，SCI收發器部分激活并在單端模式下工作。如果用SCI去激活，則EN引腳能保持低電平，而不干擾激活模式。 由于穩壓器、運動控制、看門狗和通信接口都集成在采用小型QFN封裝的單芯片上，因此可降低系統總成本，同時對幾乎所有種類的電機驅動應用，無需適配，輸出級仍具有即插即用的靈活性。IC包含有運動控制部分，只是PWM速度信號和方向信息必須由微控制器提供。有兩個診斷引腳，使故障安全功能成為可能。 |
