安森美半導體汽車自適應前照燈系統(tǒng)步進電機驅動方

圖5：控制要素

SLA(速度負載模擬)信號是由SLA引腳采樣和提供的信號，可應用于電機堵轉和共振特性檢測。成功的設計需要理解Vbemf(反電動勢)信號的特性。Vbemf與電機線圈繞組電流(ICOIL)相位延遲的信號被稱為負載角。反電動勢的幅值隨轉子速度和負載角的變化受電機負載條件的影響。當線圈中無電流狀態(tài)( =電流過零點)時，Vbemf是可見的，如圖6。

圖6：SLA信號特性

SLA信號具有共振反饋特性，它是由電機機械結構和燈具共振產(chǎn)生的，實踐中可以通過檢測不同速度下的電機和燈具共振點來予以避免。

圖7是AFS NCV70522方案簡化的驅動電路，NCV70522有內(nèi)置的LDO電源輸出，可供MCU選擇。該方案采用SPI通信，因此在設計中需要注意I/O口的控制，如NXT信號、DIR信號及ERROR信號狀態(tài)讀取。由于SLA信號是一個模擬信號，應該連接到MCU的AD管腳上;SLA信號的串聯(lián)電阻和并聯(lián)電容、LC濾波電路的阻值和容值一定要非常準確;另外，SLA信號在布板圖中一定要使用最簡化、最直接的布線。

圖7：AFS NCV70522方案簡化驅動電路

復位AFS NCV70522芯片時，CLR引腳為0，芯片為正常模式;復位芯片需要將CLR引腳設置為1;復位后芯片內(nèi)部寄存器值被清除成初始化值。設置輸出電流時，可以利用芯片提供的多種輸出電流模式，通過SPI對寄存器CUR[4:0] 設定來選擇;更改后的電流會在下一個PWM周期更新。芯片提供從整步到32微步共7種模式選擇，可以通過SPI對寄存器SM[2:0] 設定來選擇步幅模式設置。電機運行的使能可通過SPI設定MOTEN比特位來實現(xiàn)。用NXT信號可控制電機步位置，更改電流表對應的步位置輸出相應Ix和Iy;即使在電機運轉沒有啟用時，步位置一樣可改變，只是Ix和Iy不輸出;寄存器NXTP標志位設定決定了NXT的上升沿或下降沿的采集。

堵轉的判定對AFS系統(tǒng)非常復雜，也非常重要。在AFS NCV70522應用堵轉判定方法中，電機運轉速度(Fstep/s) = NXT頻率/微步數(shù);NXT脈沖每產(chǎn)生一次，步位置被改變1次，當微步越精密，需要的NXT越多，電流表變化的周期越長。電機微步模式被設定后，我們可通過NXT的頻率來調整電機運轉速度。在堵轉檢測時，SLA引腳提供了一個輸出電壓，表示反電動勢電機水平的電壓。這個反電動勢電壓能在每個過零點進行采樣，每個線圈電流存在2個過零點位置，所以在每個電氣周期內(nèi)共存在4個可觀測的過零點電流區(qū)間。通過讀取step位置，即可得到過零點信息，在兩個過零點中間采集BEMF，此時更加穩(wěn)定準確。SLA反饋因電機運轉速度和機械負載而不同，所以每個方案都需要對正常運行和堵轉運行的SLA進行對比，以確定堵轉的檢測條件。

通常，如果4個“線圈電流過流點”中有2個SLA電平低于1.5 V，那么就處于堵轉狀態(tài)。另外，需要連續(xù)2個以上的SLA波形圖來判斷堵轉，電氣周期都認定為堵轉才是真正的堵轉，因為一些燈具結構的塑料件毛刺問題可導致存在一定摩擦，會影響堵轉的判斷。

總結

汽車自適應前照明系統(tǒng)的光束旋轉有助于優(yōu)化能見度曲線，可根據(jù)實時情況調整光束。而步進電機是AFS首選的控制器。安森美半導體身為領先的半導體解決方案供應商，一直在利用其先進汽車工藝技術為汽車照明應用提供各種標準產(chǎn)品和定制器件。包括上述各種AFS步進電機驅動器方案在內(nèi)，安森美半導體的汽車應用產(chǎn)品均符合汽車可靠性和溫度等規(guī)范和環(huán)保要求，并滿足人們對車內(nèi)照明控制、前照燈、后組合燈、霧燈、示廓燈，尤其是新光源等方面越來越高的要求，讓駕駛者充分體驗到駕乘的舒適性和樂趣。