基于集成芯片的ABS驱动电路设计

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引 言
    ABS作为如今汽车上必备的安全电子设备，其功能越来越受到人们的重视。ABS系统通过电磁阀和回油泵来完成对制动器中轮缸压力的精细调节，以防止过度制动使车轮抱死。由于ABS工作环境十分恶劣，为保证电磁阀和电机响应的高效性和可靠性，除了与执行机构本身的参数相关外，对驱动电路的设计也直接决定了驱动的品质。
    当今汽车电子市场异常火热，竞争十分激烈。各大集成芯片公司，如ST，Freescale，Infineon均设计ABS的专用集成芯片，提出了自己的ABS解决方案。该芯片就像一个黑匣子，方便了电路的设计过程，并且由于其高度集成性，使电路更简明，可靠性更高，代表了未来电路设计的方向。

1 ABS驱动电路的集成化方案
    ABS驱动电路的集成化方案如图1所示，选用TLE6210作直流电机和电磁阀总开关的高端驱动，选用L9349作为8个电磁阀(4进4出)的低端驱动。

    ABS控制器通过PWM控制，改变电磁阀线圈的电流通断和频率通断，以实现车轮制动的轮缸增压、保压和减压操作；当电磁阀ABS减压阀打开进行减压时，回油泵能使轮缸中的制动液返回制动主缸，以便在下个控制周期中使用；电磁阀的高边总开关用来控制电磁阀的供电电路，若ABS系统发生故障，断开电源使下面挂的8个电磁阀都不动作，恢复常规电磁阀高边总开关的输出引脚为VR，当ABS系统上电复位或看门狗给出控制信号，输出脚即切换到ON状态，这样符合ABS实际工作的逻辑，也保证了当ABS系统发生故障时，可迅速地退出对电磁阀的控制，恢复到常规制动。芯片的MRA脚为控制信号输入端，输出引脚MR驱动直流电机。当MCU的I／O口给MRA脚一高电平时，外接的MOSFET导通，直流电机实现回油功能。由于电磁阀和电机为感性负载，还需要外接反向续流二极管。芯片的驱动部分具有过温保护，过流保护和短路保护，当出现上述故障情况时，能自动关闭芯片，故有很强的自保护特性。
    基于TLE6210芯片的高度集成化方案，不仅能大大简化电机驱动电路和电磁阀前驱电路，还能使整个控制器所需分立芯片数大为减少，PCB板体积也更小，降低了成本，增强了控制器的可靠性。

3 基于L9349的电磁阀驱动
    经实验测得，一般ABS压力调节器的4个常开进油电磁阀的最大起动电流约为3．6 A；4个常闭出油电磁阀最大起动电流约为2．4 A。而L9349的工作电压4．5～32 V，两路通道内阻O．2 Ω，最大负载电流3 A；另两路内阻0．3 Ω，最大负载电流5 A，恰好能满足ABS常开和常闭电磁阀的驱动电流要求，而且较低的导通内阻又能保证低功耗，因此L9349非常适合进行ABS电磁阀的驱动控制。电磁阀驱动电路原理图见图3。


    在图3中，每片L9349能驱动4个电磁阀工作，属于典型的低端驱动。通过Vs端口给芯片提供12 V供电电压；当给输入端IN1～IN4 PWM控制信号，就能方便地控制输出端以驱动4路电磁阀工作，OUT1和OUT2端口的最大驱动能力为5 A，应该连接ABS的常闭电磁阀；OUT3和OUT4端口最大驱动能力为3 A，应连接ABS常开电磁阀，不可接反；EN端口为使能端，能通过MCU快速关闭芯片；L9349的数字地和模拟地分开，提高了驱动模块的抗干扰能力。
    D1～D4是故障诊断引脚，必须外接上拉电阻才能使用，电路正常工作时，该引脚为逻辑高电平，若有故障发生，即会自动置为逻辑低电平。通过对各独立通道的输入控制端和状态反馈端进行逻辑组合，可实时识别出输出端的工作状态，并立即做出相应的措施，包括退出ABS功能，点亮故障显示灯，传输故障码。功能真值表见表1。


4 结 语
    当前在ABS设计中普遍采用的电磁阀驱动电路设计均以功率MOSFET为主，辅之以保护回路，隔离措施等以保证其可靠性，还要设计专门的自诊断回路以进行故障检测。虽然在具体电路的设计上分立方案有一定的灵活性，但成本和PCB空间的耗费较高；本方案采用ABS专用集成芯片TLE621O和L9349，集驱动和监测功能于一身，应用于ABS系统中能降低功耗，便于故障检测，提高可靠性，大大改善了整个系统的性能。

李小路

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