ASSP加强汽车HVAC运动控制

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高度集成的特定应用标准产品(ASSP)作为包含分离器件电控单元(ECU)的有益替代产品而出现，为汽车加热、通风及空调系统(HVAC)的应用提供风门位置控制。除改进可靠性外，还节省了空间、成本和重量，并提供精确的位置控制和灵活的设计，随着汽车HVAC系统的日益复杂，ASSP所带来的这些优点也变得尤为重要。
　　HVAC系统是当今大部分汽车的标准设备。这一系统的设计宗旨是实现高效率、增强可靠性、改善乘客安全和舒适度，同时减少尺寸、重量和温室气体的排放。先进的传感和闭路控制功能也正逐渐集成到这一系统中。
　　传感器元件包括温度、湿度和气体传感器，还包括测量太阳辐射水平及测定乘客车厢内污染物水平的传感器。来自这一传感器阵列的实时数据将被发送到各种嵌入式智能电子模块中。这些电子子系统是为通过控制各种电子机械组件的运动以实现高效调节乘客车厢内气流而设计的(图1)。

  
　　HVAC系统通向乘客车厢的气流主要通过机械风门控制，这种机械风门与气流管道集成使用。这些风门用于引导空气在乘客车厢内各个区域(多区域气候控制)的流动，以控制热、冷空气混合，及外部和再循环空气混合(以控制车厢内污染，进而调节温度)。风门依次与直流电机机械(通常为步进电机)连接，从而形成众多的电子机械子系统。
　　与这些电子机械子系统设计有关的主要挑战在于，要达到实时、快速和精确的气流闭路控制(风门移动与定位的同时，还要减少系统的成本、尺寸和重量。此外，为保持乘客的舒适度，要求电机和风门近乎零噪音运行，同时延长整个系统的运行寿命并增强其可靠性也是关键因素。要满足这一系列苛刻的要求，很显然由大量分离式集成电路组成的电子模块将不再是可行的方法。
　　新近引入的AMIS-3052X步进运动控制ASSP，使汽车HVAC系统设计者能够开发出最终解决方案，极为灵活、有效地解决了系统层面的设计挑战。它基于一系列创新的集成片内功能，提供全面的可编程数据通信、电源管理、电机控制(速度、方向及位置)及系统保护功能。另外，这些设备可与5V和3.3V的微控制器兼容，并可通过SPI界面提供双向数据传输功能。该器件的原理图如图2所示，典型的电机驱动应用电路如图3所示。

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　　本文描述了AMIS-3052X ASSP的新颖特征和功能，及在汽车HVAC系统设计和运行方面的优势。
  
　　可编程微步进及智能电机电流转换器
　　步进电机是一种同步直流电机，因此转子的稳定停留位置与定子的诱导磁通量是同步的。在步进电机中，微步进运行模式允许转子在一次完整的旋转中增加停留位置的数量，由此电机的震动和噪音得以大大减少。
　　AMIS-3052X与一台智能“步进命令电机电流”转换器一起，可提供7种微步进可编程模式(完整、1/2、1/2补偿、1/4、1/8、1/16和1/32)，由此达到实时和快速反应，及HVAC风门的平稳精确运行。这一微步进特征还能够大量减少失步，实现零噪音运行，同时提高乘客车厢环境的舒适度。
　　AMIS-3052X的其他重要特征体现在集成“下一步”及“旋转方向”输入/输出引脚。一旦结合到系统微控制器中，它们能够使微步进模式及多个步进电机旋转方向快速变化(HVAC风门移动分辨率和方向)，同时减少系统微控制器过载。
　　可编程H桥电机驱动器
　　在AMIS-3052X集成了两个带有高达1.6A可编程输出电流的全H桥输出级。输出电流的调节是通过电流模式脉冲宽度调制(PWM)来完成的，与集成的测量实际电机电流感测电路结合使用。除了不再需要外部H桥电机集成电路(减少系统的成本、尺寸和重量)，改进的电机电流调节使HVAC风门的移动更加精确。
　　速度及荷载角输出
　　AMIS-3052X器件的一个创新性特征是“速度及荷载角”输出引脚，提供与电机测量反电势电压成比例的输出电压。这一输出信号可以发送到系统微控制器中，以便用户编程停转检测功能的演算法可以得到执行，转子停转条件也可以得到检测。有了此无传感器停转检测功能，就不再需要外部位置传感器，进一步减少了HVAC系统的成本、尺寸和重量。
　　电源管理与系统保护
　　AMIS-3052X系列产品是通过专有的高压混合信号技术开发的。因此，该设备可以在较宽的输入电源电压(~6V到~30V)内运行。这样一来也就不需要外部调压器了。另外，AMIS-30522还有额外的5V/50mA的稳压输出功能，旨在为外部微控制器供电。因此，也不需要由外部稳压器为微控制器供电。
　　AMIS ASSP也有功耗节省(睡眠)模式，以及短路、开路和过热检测及保护电路功能。
　　未来趋势
　　由于全球人士对能源效益、更洁净环境及减少温室气体排放的积极关注，对汽车HVAC系统实现提高效率、减少尺寸及零部件的数量的要求将变得越来越重要。另外，为了向乘客提供更加安全、舒适及用户自定义的HVAC功能，环保传感器的数量将继续增加，因此对电子数据处理和控制内容的需求也将增加。除了降低车内发动机及外部环境引起的可闻噪音水平外，还要加大力度减少乘客车厢内由于HVAC系统自身运行所引发的噪音。