MC33289在汽車防抱死制動系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘   要：MC33289是Motorola公司推出的SMARTMOS智能模擬芯片中的高端驅(qū)動器。本文將其應(yīng)用在汽車防抱死制動系統(tǒng)(ABS)中 ，通過CPU和FPGA的設(shè)計，實現(xiàn)在驅(qū)動電磁閥的同時對電磁閥及整個驅(qū)動部分進行靜態(tài)和動態(tài)檢測的功能。
關(guān)鍵詞：MC33289；防抱死制動系統(tǒng)(ABS)；FPGA

MC33289性能
MC33289是Motorola公司推出的高端驅(qū)動芯片，主要應(yīng)用在汽車和工業(yè)領(lǐng)域驅(qū)動電磁閥等典型的感性負載。此器件在同一表貼封裝中包含兩個功率輸出開關(guān)，每個開關(guān)由一個源漏導(dǎo)通電阻RDS(on)為40mΩ的N溝道功率MOSFET和相應(yīng)的電流、溫度敏感電路組成，可直接與微處理器接口，進行輸入控制和輸出診斷監(jiān)測。 每路輸出峰值電流5A，均有獨立的過流、欠過壓診斷和保護，并具有過溫關(guān)斷性能。開路負載檢測使能引腳(OLDE)在邏輯低時將開路負載電流源禁止，漏電流降至最低，器件在待機模式下的靜態(tài)電流非常低。

MC33289的具體應(yīng)用
本文以汽車氣制動四通道ABS系統(tǒng)為研究對象，執(zhí)行器采用額定電壓為24VDC、額定電流約為1.6A 的WABCO電磁閥，其中包含一個進氣線圈和一個排氣線圈，通過給進氣閥門(EV)、排氣閥門(AV)輸入電壓信號進行驅(qū)動，其控制真值表如表1所示。
當前普遍采用的電磁閥驅(qū)動電路均由分立元件組成，以功率晶體管為主，輔以吸收回路、光耦隔離等以保證可靠性，要對其進行故障監(jiān)測還需專門的自診斷回路。本設(shè)計用四片MC33289取代傳統(tǒng)的多路驅(qū)動電路，單通道電磁閥的控制電路如圖1所示。主CPU采用Motorola HCS12系列16位MCU MC9S12DP256，由其PWM模塊產(chǎn)生驅(qū)動信號至電磁閥，調(diào)節(jié)制動壓力。從圖1可以看出，由于MC33289可直接與微處理器進行接口，所以系統(tǒng)結(jié)構(gòu)非常簡單。無驅(qū)動信號，即IN=“0”時，開關(guān)關(guān)斷，OUT輸出0V；IN=“1”時，開關(guān)打開，OUT輸出電壓等于電源電壓24V。
FPGA主要負責故障檢測。實際應(yīng)用中，系統(tǒng)首先需要在汽車點火后進行靜態(tài)自檢，包括閥是否開路、對地短路、對電源短路等，無故障方可起動，否則通過ABS指示燈向駕駛員發(fā)出故障警告；在行駛過程中，系統(tǒng)需定時進行動態(tài)自檢，除上述電磁閥狀態(tài)外還要檢查閥驅(qū)動信號是否與CPU的控制邏輯相符。因此安全檢測FPGA的功能可相應(yīng)分為兩塊：對閥狀態(tài)及其驅(qū)動狀況的監(jiān)測。
前者可充分利用MC33289的自檢功能，St引腳直接與負責安全檢測的FPGA相連，一旦電磁閥出現(xiàn)故障，如短路或斷路，St即自動置低，F(xiàn)PGA接收到信號后立刻關(guān)斷相應(yīng)的繼電器，中斷此通道的ABS功能，同時點亮故障顯示燈“valve_fault”。對閥驅(qū)動狀況的檢測通過比較MC33289的輸出OUT與輸入IN來完成。在正常情況下同一路的兩個邏輯值應(yīng)相等，同時為“1”或“0”，即OUT1=IN1，OUT2=IN2。若IN≠OUT，則說明驅(qū)動芯片出現(xiàn)故障，F(xiàn)PGA即切斷相應(yīng)繼電器，并點亮故障顯示燈“drive_fault”。由于OUT的輸出電壓為24V，而FPGA I/O引腳要求的VIH為2.0~5V，故采用R1、R2分壓，并用5V穩(wěn)壓管DZ將電壓箝位，實際中測得電壓為4.8~5V。FPGA的程序框圖如圖2所示。
FPGA的設(shè)計由四個步驟組成：設(shè)計輸入、實現(xiàn)、校驗和芯片編程。本文采用VHDL語言文本輸入，經(jīng)綜合、仿真、實現(xiàn)后通過Xchecker電纜下載至Xilinx芯片中。以下是FPGA電磁閥部分的實體描述：
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和匯編語言聯(lián)合編程，以BDM方式下載。調(diào)試過程中為方便起見可只接一個電磁閥或閥線圈，為了避免不必要的報錯，讓FPGA輸出OLDE=“0”，禁止開路負載檢測，正常工作時OLDE=“1”，使其有效。開路負載檢測在關(guān)斷期間進行，因此系統(tǒng)一上電即可自動檢測電磁閥的斷路故障，符合汽車點火后故障自檢的實際要求。

結(jié)語
MC33289集驅(qū)動和檢測功能于一身，應(yīng)用在ABS控制系統(tǒng)中后因其RDS(on)很小，功耗低，提高了開關(guān)效率，同時縮小了PCB板空間，降低了成本，提高了整個系統(tǒng)的可靠性。 ■

參考文獻
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
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5 潘松, 王國棟.  VHDL實用教程[M].  成都：電子科技大學(xué)出版社，2000
6 Xilinx DataSource, CD-ROM, Rev.6, 01-2002