安森美半导体汽车自适应前照灯系统步进电机驱动方案

图3：AFS控制大灯结构图

安森美半导体应用于AFS的不同步进电机驱动器方案

要有效地驱动AFS中的步进电机，必须采用适合的步进电机驱动器方案。安森美半导体提供用于AFS的多种步进电机驱动器方案，包括AMIS-30621、AMIS-30623、NCV70521和NCV70522。这些步进电机驱动器产品各有其侧重点。如AMIS-30621和AMIS-30623采用LIN通信模式;NCV70521和NCV70522采用SPI通信模式;AMIS-30623自带堵转检测功能;AMIS-30621、AMIS-30623和NCV70522内置5V电源输出;NCV70522内置看门狗复位信号。

从应用角度看，AFS步进电机驱动方案分为直接驱动和机电一体化产品应用两类。对比之下，NCV70522采用直接驱动，步进电机驱动芯片要求安装在跟微控制器(MCU)同一块印制电路板(PCB)上，且每个电机需要对应的信号连接线，适合中、高集成度执行计划方案应用;而AMIS-30623适合机电一体化应用方案，步进电机驱动芯片可直接安装在电机结构内，只需共享地线与LIN总线信号连接，适合高集成度执行计划方案应用，如图4。

图4：直接驱动和机电一体化产品应用对比

具有堵转侦测功能的步进驱动芯片AMIS-30623是一款采用LIN通信的单芯片微步进电机驱动器与控制器。它是通过LIN建立与主机远程连接的专用机电一体化解决方案。该芯片通过总线接收定位指令，随后驱动电机线圈到所需的位置，可配置电流、速度、加速度和减速度等参数。该芯片内部自带电机堵转检测。其它功能包括：AMIS-30621类似功能、改进低电压管理、改进LIN丢失功能、0 mA维持电流、兼容AMIS-30621、减低噪声(堵转检测)，以及减小在维持情况下过温的风险。该方案的市场及应用涵盖汽车头灯执行器、怠速控制、液化气阀门和悬挂阀门等。

NCV70522是带稳压器和看门狗的SPI通信单芯片微步进电机驱动芯片。它具有输出电流选择性、SPI接口、嵌入式5 V稳压器和看门狗复位等功能，是专为外设驱动微控制器简化的电路。该芯片可通过一个输入引脚接收脉冲信号启动“下一步微步”命令，输出线圈电流、微步数等，通过SPI总线设置进行诊断反馈。其独特功能包括：等于NCV70521 + 5 V稳压器及看门狗复位、透明的SPI参数、2信号控制运转(NXT/DIR)、整步到1/32精度的微步模式、灵活的运行电流最大到1.6 A、ERRB引脚输出错误状态、具有NCV70521同样优点、兼容NCV70521、减小PCB板尺寸和BOM成本 (内置稳压器)，以及提升应用安全(内置看门狗)。该方案适用于汽车头灯执行器、怠速控制、液化气阀门、悬挂阀门、折叠式多媒体显示器等。

AFS步进电机驱动难点及设计要点

以NCV70522为例，其控制要素包括步幅模式、NXT和DIR。步幅模式包括整步至1/32共7种模式可选;NXT为进入下一步，根据电流表输出对应的Ix和Iy;DIR为电机运转方向控制。如图5。

图5：控制要素

SLA(速度负载模拟)信号是由SLA引脚采样和提供的信号，可应用于电机堵转和共振特性检测。成功的设计需要理解Vbemf(反电动势)信号的特性。Vbemf与电机线圈绕组电流(ICOIL)相位延迟的信号被称为负载角。反电动势的幅值随转子速度和负载角的变化受电机负载条件的影响。当线圈中无电流状态( =电流过零点)时，Vbemf是可见的，如图6。