安森美半導體汽車自適應前照燈系統(tǒng)步進電機驅動方
英飛凌汽車電子生態(tài)圈
汽車前照燈是安全駕駛的重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)前照燈在汽車轉彎時存在照明盲區(qū)，影響駕駛人對彎道障礙物的判斷，還存在其它安全隱患問題。為了提升安全性，如今自適應前照燈系統(tǒng)(Adaptive Front-Light System，AFS) 在智能汽車電子產(chǎn)品中的使用越來越廣泛。AFS采用步進電機來實時調節(jié)光束，消除照明盲區(qū)，優(yōu)化彎道可見度，有效增加駕駛安全性。安森美半導體針對AFS系統(tǒng)的步進電機開發(fā)了一系列驅動芯片，為客戶的設計帶來了簡化和便捷。本文著重介紹AFS特性、步進電機驅動IC及設計要點，更特別剖析堵轉檢測這一步進電機驅動難點，幫助設計人員快速、準確地開發(fā)出有效的AFS方案。
本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/196130.htmAFS的應用效果及組成結構
汽車AFS采用步進電機可以對照明光束進行左右及水平高度調節(jié)，相較于傳統(tǒng)前照燈提供更加安全的照明效果。如果采用傳統(tǒng)前照燈，則其燈光跟車身的方向始終一致，在汽車轉彎時無法有效照明彎道內(nèi)側的盲區(qū)。相反，采用AFS的汽車在轉彎時，能夠根據(jù)方向盤的角度轉動，將有效的光束投射到駕駛者需要看清的前方路面上，更有利于消除照明盲區(qū)。圖1右側列出了無AFS和有AFS進行左右調節(jié)的實際照明效果，顯然后者對安全駕駛更加有效。
圖1：無AFS和有AFS左右調節(jié)光束的照明區(qū)域對比
圖2是AFS功能的水平高度調節(jié)效果。上圖是燈光在水平高度良好時的效果圖，中圖是汽車啟動或上坡時的路面顛簸燈光上揚的情況，下圖是汽車在剎車或下坡時路面顛簸燈光下沉的情況。AFS可根據(jù)車身傾斜情況實時調整中圖和下圖的燈光高度，達到上圖的效果。
圖2：AFS功能的水平高度調整效果
在圖3的AFS控制大燈結構圖中可以看到用于水平高度調節(jié)的調高馬達和控制燈光旋轉調整的旋轉馬達。AFS控制大燈的工作原理是，AFS通過方向盤旋轉角度和車身速度計算出光道角度，方向盤旋轉角度系數(shù)為彎道的向心力，車身舒為彎道的切線，兩者之間的關系為彎道的角度的探定值，計算彎道角度即可驅動旋轉馬達轉到所需的彎道角度。同樣，通過車身前后軸傳感器能夠得到車身傾斜度的計算值，通過馬達修正車身傾斜度對燈光進行水平高度調整，以適應不同道路坡度的照明需求。
圖3：AFS控制大燈結構圖
要有效地驅動AFS中的步進電機，必須采用適合的步進電機驅動器方案。安森美半導體提供用于AFS的多種步進電機驅動器方案，包括AMIS-30621、AMIS-30623、NCV70521和NCV70522。這些步進電機驅動器產(chǎn)品各有其側重點。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自帶堵轉檢測功能;AMIS-30621、AMIS-30623和NCV70522內(nèi)置5V電源輸出;NCV70522內(nèi)置看門狗復位信號。
從應用角度看，AFS步進電機驅動方案分為直接驅動和機電一體化產(chǎn)品應用兩類。對比之下，NCV70522采用直接驅動，步進電機驅動芯片要求安裝在跟微控制器(MCU)同一塊印制電路板(PCB)上，且每個電機需要對應的信號連接線，適合中、高集成度執(zhí)行計劃方案應用;而AMIS-30623適合機電一體化應用方案，步進電機驅動芯片可直接安裝在電機結構內(nèi)，只需共享地線與LIN總線信號連接，適合高集成度執(zhí)行計劃方案應用，如圖4。
圖4：直接驅動和機電一體化產(chǎn)品應用對比
具有堵轉偵測功能的步進驅動芯片AMIS-30623是一款采用LIN通信的單芯片微步進電機驅動器與控制器。它是通過LIN建立與主機遠程連接的專用機電一體化解決方案。該芯片通過總線接收定位指令，隨后驅動電機線圈到所需的位置，可配置電流、速度、加速度和減速度等參數(shù)。該芯片內(nèi)部自帶電機堵轉檢測。其它功能包括：AMIS-30621類似功能、改進低電壓管理、改進LIN丟失功能、0 mA維持電流、兼容AMIS-30621、減低噪聲(堵轉檢測)，以及減小在維持情況下過溫的風險。該方案的市場及應用涵蓋汽車頭燈執(zhí)行器、怠速控制、液化氣閥門和懸掛閥門等。
NCV70522是帶穩(wěn)壓器和看門狗的SPI通信單芯片微步進電機驅動芯片。它具有輸出電流選擇性、SPI接口、嵌入式5 V穩(wěn)壓器和看門狗復位等功能，是專為外設驅動微控制器簡化的電路。該芯片可通過一個輸入引腳接收脈沖信號啟動“下一步微步”命令，輸出線圈電流、微步數(shù)等，通過SPI總線設置進行診斷反饋。其獨特功能包括：等于NCV70521 + 5 V穩(wěn)壓器及看門狗復位、透明的SPI參數(shù)、2信號控制運轉(NXT/DIR)、整步到1/32精度的微步模式、靈活的運行電流最大到1.6 A、ERRB引腳輸出錯誤狀態(tài)、具有NCV70521同樣優(yōu)點、兼容NCV70521、減小PCB板尺寸和BOM成本 (內(nèi)置穩(wěn)壓器)，以及提升應用安全(內(nèi)置看門狗)。該方案適用于汽車頭燈執(zhí)行器、怠速控制、液化氣閥門、懸掛閥門、折疊式多媒體顯示器等。
AFS步進電機驅動難點及設計要點
以NCV70522為例，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種模式可選;NXT為進入下一步，根據(jù)電流表輸出對應的Ix和Iy;DIR為電機運轉方向控制。如圖5。
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