基于Atmel半导体方案的汽车雨刷系统的设计实现(2)

ECU消耗电流要低这一要求的重要性不断增长。为能够保证待用IC的静态电流低，要采用专用唤醒和休眠模式。雨刷器应用的典型功能划分见图4示，由微控制器、微控制器供电稳压器以及其他如霍尔传感器的分立元件组成。为安全起见，例如在雨中驾驶时，雨刷器损坏可能就很危险，这就要求系统有一看门狗。 

　　为进一步防止系统出现故障，要求汽车IC具备很多功能，如过热关闭、过压和欠压保护、以及防短路全保护，要满足严格的汽车鉴定要求(防传导干扰，EMC和ESD保护)。为解决这些问题，满足以上要求，Atmel公司开发了ATA6026这一高度集成的栅极驱动器IC。该栅极驱动器IC包括一个5V/100mA稳压器加一个看门狗，对要求PCB面积较小的较小型设计，这就减少了外部元件数，这在机电方案中很关键。该IC进行运动控制，因此这一功能不需要在微控制器中增加任何存储器。看门狗执行窗口看门狗的功能，在窗口打开期间，由微控制器通过WD引脚从低电平向高电平转化时触发。如果看门狗检测到窗口错误，即在窗口打开时未触发或者在窗口关闭时错误触发，将会产生复位脉冲。 

　　图5中的框图给出了要实现的功能和典型应用的原理图。微控制器通过提供一PWM速度信号和一方向信号来控制IC的驱动功能。因为该芯片必须驱动外部H桥的栅极，所以包含有两个推挽式驱动器，用来控制两个用作高端驱动器的外部功率NMOS FET，另外还有两个推挽式驱动器，用来控制两个用作低端驱动器的外部功率NMOS FET。驱动器可与标准或逻辑电平功率NMOS FET一起使用。高端控制驱动器使用外部自举电容器给栅极提供超过电池电压8V～14V的电压。也可以逆向控制电机。采用电荷泵给高端驱动器的栅极供电，这样在两个方向上都可能达到100%的占空比。为防止H桥出现高峰值电流，采用非重叠相位实现外部功率NMOS晶体管的切换。交叉导通时间由外部RC组合决定。 

　　内部和外部电压源采用低功率和低压降片上稳压器。一个用作功率元件的外部晶体管有助于降低功耗。在待用期间，器件的休眠模式能保证静态电流很低，通常为35微安。对于6V～9V的电池电压，稳压输出为5V ± 10%；电池电压超过9V时，稳压输出为5V ± 3%。为防止外部NPN管和IC的损坏，用一感测电阻检测稳压器输出电流。万一出现过电流，稳压器就将电流限制到指定的水平。也就是说，如果稳压器特性变为稳流器特性，则输出电压将击穿。即使出现永久的导通状态(100% PWM，自举功能不存在了)，全集成充电泵仍能给高端驱动器的外部功率MOSFET的栅极供电。另外，用作反向电池保护的外部功率NMOS的栅极可由充电泵输出供电。 

　　前面已经提到，ECU应用要具备休眠功能以满足低电流消耗的要求。在ATA6026的休眠模式下，可以使用引脚EN或数据唤醒IC。只有几个模块处于换醒状态(带隙、带有100 nF外部隔直电容的内部5V稳压器、检测EN引脚阈值的输入结构和SCI接收部分的唤醒模块)。上电缺省态为激活模式。为了在两个模式间变化，采用3个步骤。除激活/不激活EN引脚外，还有通过使用SCI收发器实现的第二种唤醒方法。在休眠模式下，SCI收发器部分激活并在单端模式下工作。如果用SCI去激活，则EN引脚能保持低电平，而不干扰激活模式。 

　　由于稳压器、运动控制、看门狗和通信接口都集成在采用小型QFN封装的单芯片上，因此可降低系统总成本，同时对几乎所有种类的电机驱动应用，无需适配，输出级仍具有即插即用的灵活性。IC包含有运动控制部分，只是PWM速度信号和方向信息必须由微控制器提供。有两个诊断引脚，使故障安全功能成为可能。