MC33289在汽车防抱死制动系统中的应用

摘   要：MC33289是Motorola公司推出的SMARTMOS智能模拟芯片中的高端驱动器。本文将其应用在汽车防抱死制动系统(ABS)中 ，通过CPU和FPGA的设计，实现在驱动电磁阀的同时对电磁阀及整个驱动部分进行静态和动态检测的功能。
关键词：MC33289；防抱死制动系统(ABS)；FPGA

MC33289性能
MC33289是Motorola公司推出的高端驱动芯片，主要应用在汽车和工业领域驱动电磁阀等典型的感性负载。此器件在同一表贴封装中包含两个功率输出开关，每个开关由一个源漏导通电阻RDS(on)为40mΩ的N沟道功率MOSFET和相应的电流、温度敏感电路组成，可直接与微处理器接口，进行输入控制和输出诊断监测。 每路输出峰值电流5A，均有独立的过流、欠过压诊断和保护，并具有过温关断性能。开路负载检测使能引脚(OLDE)在逻辑低时将开路负载电流源禁止，漏电流降至最低，器件在待机模式下的静态电流非常低。

MC33289的具体应用
本文以汽车气制动四通道ABS系统为研究对象，执行器采用额定电压为24VDC、额定电流约为1.6A 的WABCO电磁阀，其中包含一个进气线圈和一个排气线圈，通过给进气阀门(EV)、排气阀门(AV)输入电压信号进行驱动，其控制真值表如表1所示。
当前普遍采用的电磁阀驱动电路均由分立元件组成，以功率晶体管为主，辅以吸收回路、光耦隔离等以保证可靠性，要对其进行故障监测还需专门的自诊断回路。本设计用四片MC33289取代传统的多路驱动电路，单通道电磁阀的控制电路如图1所示。主CPU采用Motorola HCS12系列16位MCU MC9S12DP256，由其PWM模块产生驱动信号至电磁阀，调节制动压力。从图1可以看出，由于MC33289可直接与微处理器进行接口，所以系统结构非常简单。无驱动信号，即IN=“0”时，开关关断，OUT输出0V；IN=“1”时，开关打开，OUT输出电压等于电源电压24V。
FPGA主要负责故障检测。实际应用中，系统首先需要在汽车点火后进行静态自检，包括阀是否开路、对地短路、对电源短路等，无故障方可起动，否则通过ABS指示灯向驾驶员发出故障警告；在行驶过程中，系统需定时进行动态自检，除上述电磁阀状态外还要检查阀驱动信号是否与CPU的控制逻辑相符。因此安全检测FPGA的功能可相应分为两块：对阀状态及其驱动状况的监测。
前者可充分利用MC33289的自检功能，St引脚直接与负责安全检测的FPGA相连，一旦电磁阀出现故障，如短路或断路，St即自动置低，FPGA接收到信号后立刻关断相应的继电器，中断此通道的ABS功能，同时点亮故障显示灯“valve_fault”。对阀驱动状况的检测通过比较MC33289的输出OUT与输入IN来完成。在正常情况下同一路的两个逻辑值应相等，同时为“1”或“0”，即OUT1=IN1，OUT2=IN2。若IN≠OUT，则说明驱动芯片出现故障，FPGA即切断相应继电器，并点亮故障显示灯“drive_fault”。由于OUT的输出电压为24V，而FPGA I/O引脚要求的VIH为2.0~5V，故采用R1、R2分压，并用5V稳压管DZ将电压箝位，实际中测得电压为4.8~5V。FPGA的程序框图如图2所示。
FPGA的设计由四个步骤组成：设计输入、实现、校验和芯片编程。本文采用VHDL语言文本输入，经综合、仿真、实现后通过Xchecker电缆下载至Xilinx芯片中。以下是FPGA电磁阀部分的实体描述：
entity MC33289 is
         port  (
                IN1，IN2，OUT1，OUT2，ST1，ST2：in std_logic；
                OLDE，valve_fault，drive_fault，ABSrelay：out std_logic
                )；
     end MC33289；
DP256采用C和汇编语言联合编程，以BDM方式下载。调试过程中为方便起见可只接一个电磁阀或阀线圈，为了避免不必要的报错，让FPGA输出OLDE=“0”，禁止开路负载检测，正常工作时OLDE=“1”，使其有效。开路负载检测在关断期间进行，因此系统一上电即可自动检测电磁阀的断路故障，符合汽车点火后故障自检的实际要求。

结语
MC33289集驱动和检测功能于一身，应用在ABS控制系统中后因其RDS(on)很小，功耗低，提高了开关效率，同时缩小了PCB板空间，降低了成本，提高了整个系统的可靠性。 ■

参考文献
1 Motorola Semiconductor Technical Data, Advance Information, 33289, Dual High-Side Switch, Rev 2.3, 06/2001.
2 Motorola Semiconductor Technical Data, Advance Information, 33289, Dual High-Side Switch, Rev 3.0, 05/2003.
3 Motorola, ANALOG PRODUCTS, MC33289 FACT SHEET, MC33289FS/D Rev.1
4 程军. 汽车防抱死制动系统的理论与实践[M]. 北京：北京理工大学出版社，1999
5 潘松, 王国栋.  VHDL实用教程[M].  成都：电子科技大学出版社，2000
6 Xilinx DataSource, CD-ROM, Rev.6, 01-2002