TLE8201是一種用于車門模塊的高度集成功率ASSP(專用標準產(chǎn)品),。其中包括用于驅(qū)動典型前車門應(yīng)用中負載所必需的功率級，這些負載包括中央門鎖,、死鎖或后視鏡折疊,、后視鏡定位、后視鏡加熱,，以及5W或10W車燈或LED(如轉(zhuǎn)向信號燈,、門控車室照明燈/安全警報燈或控制面板照明燈)等。
TLE8201具有符合汽車應(yīng)用安全規(guī)范的短路與超溫保護功能和完備的診斷功能,。而電流感應(yīng)輸出則能提升系統(tǒng)的整體性能,。
圖1 TLE8201方框圖
標準的SPI接口不但能減少微控制器I/O線路的長度，而且還可靈活控制功率級,，并提供完備的診斷功能,。
TLE8201擁有兩個PWM輸入端，均為直接功率級控制輸入端,，可增強PWM映射的靈活性,。SPI寄存器中的信息定義將由PWM輸入端控制的功率級?？蓪WM功能進行配置,，最多可支持八個功率晶體管。
該器件采用Power-SO封裝,，配有一個大型散熱塊,，因此具有良好的熱阻性能。引腳經(jīng)過優(yōu)化處理,，可實現(xiàn)高效的PCB設(shè)計,。TLE8201的應(yīng)用不但有利于節(jié)省PCB面積和節(jié)省成本，而且能增強系統(tǒng)質(zhì)量,，并提高產(chǎn)量,。
TLE8201應(yīng)用電路
圖2為車門控制模塊中的TLE8201應(yīng)用電路。
圖2 應(yīng)用電路
電源
TLE8201擁有兩個電源輸入端：所有功率驅(qū)動器均與連接至汽車12V電源線的供電電壓Vs引腳相連,。內(nèi)部邏輯電路部分則由一個獨立的5V Vcc電壓供電,。這樣，即使Vs發(fā)生短時停電，也可確保存儲于邏輯電路中的信息不受影響,。
TLE8201要求配備外部反極性保護,，它配有一個電荷泵輸出端，用于連接外部n通道邏輯電平MOSFET,。該保護電路的連接方法如圖2所示,，柵極電壓由引腳GO提供。
通過把INH輸入設(shè)置為“低”,，可將TLE8201置于低能耗模式,。在休眠模式下，所有輸出晶體管均被關(guān)閉,，SPI停止工作,。在此模式下，總靜態(tài)電流的最大值僅為6μA(Vs和Vcc),。
SPI
SPI用于實現(xiàn)與控制單元的雙向通訊,。當(dāng)通過CSN(chip-select-not)輸入(H至L)模式選擇芯片時，則會啟動傳輸周期,。16-位控制字通過DI串行數(shù)據(jù)輸入端讀取。狀態(tài)字則同步顯示于DO串行數(shù)據(jù)輸出端,。同步通訊通過串行時鐘輸入端CLK實現(xiàn),。
如圖3所示，16位SPI框架由一個可尋址塊,、一個地址獨立塊和一個2位地址構(gòu)成,，包括兩個控制寄存器和兩個診斷寄存器。地址獨立輸入部分用于一般性設(shè)置,，地址獨立輸出部分則用來標記錯誤和記錄溫度信息,。
圖3 SPI結(jié)構(gòu)
PWM輸入
PWM-ing是TLE8201提供的一種非常靈活的功能?？赏ㄟ^兩種PWM模式配置對所需功率級進行控制：將PWM1和PWM2引腳與微控制器的計時器通道相連,，然后選擇所需HSsel位，以激活PWM功能,。建議將PWM頻率設(shè)置為200 Hz以下,，以最大限度地減少開關(guān)損耗導(dǎo)致的功率消耗。
電流感應(yīng)
ISO(感應(yīng)輸出)引腳提供與所選功率輸出端流向GND的輸出電流成比例的電流,。輸出端選擇通過SPI實現(xiàn),。
而感應(yīng)電流則由外部感應(yīng)電阻器R43轉(zhuǎn)換成電壓，并送至A/D變流器輸入端,。
輸出級
輸出1-6為半橋,，輸出7-11則是高邊開關(guān)。閂鎖電機和后視鏡折疊電機均可連接至輸出1、輸出2和輸出3,。輸出2是兩個電機電流之和,。兩個后視鏡定位電機連接至輸出4、輸出5和輸出6,。高邊驅(qū)動器輸出7用于驅(qū)動后視鏡加熱器,。輸出8和輸出9用于驅(qū)動5W車燈。輸出10可與輸出11相連,，共同驅(qū)動10W車燈,。
閂鎖控制
啟動
TLE 8201的輸出1和輸出2均與閂鎖電機相連。車門控制模塊中的微控制器通過SPI與TLE 8201進行通訊,。開啟電源后,，門鎖狀態(tài)或者由車身控制模塊接收并傳送至車門控制模塊，或者由車門控制模塊通過LIN或CAN直接接收,。車門或開關(guān)面板發(fā)出開關(guān)輸入請求,，或者收到BCM發(fā)來的CAN/LIN消息時，就會啟動閂鎖電機,。
圖4所示為閂鎖電機的啟動波形,。通道1是流過閂鎖電機的電流。通道2和3為TLE 8201中輸出1和輸出2的電壓輸出,。未采用PWM軟啟動時,，啟動突波電流可能達到2A。啟動后,，電流會下降至0.8A左右,。閂鎖完全閉合或打開時，若發(fā)生電機堵轉(zhuǎn),，則可執(zhí)行閂鎖電機自動停機,。檢測電機堵轉(zhuǎn)時，可通過TLE 8201的ISO輸出端來測量電機電流;該輸出端與接地感應(yīng)電阻器R43相連,，并通過保護電阻器R42與MCU模擬輸入端相連,。
塊檢測標準的計算方法如下：
KILIS12 = 2000，R43 = 910ohm,，根據(jù)波形可知,，最小塊電流為IOUT = 2.5A;然后，即可計算出塊檢測電壓：
塊檢測電壓(Vblock-detection)= IISO * R43 = IOUT/KILIS12 * R43 = 2.5A/2000 * 910V/A=1.1375V
檢測出塊電壓后,，將HS1和HS2切換至“高”位,，以使電機進入續(xù)流模式。HS1和HS2均保持高位100毫秒,。從L切換至H時,，最少將出現(xiàn)3 微秒的空載時間,，以確保不會發(fā)生開關(guān)傾斜(switching slope)重疊現(xiàn)象，從而避免出現(xiàn)渦流(cross current),。
續(xù)流過程中,，會存在較小的電流，這是閂鎖電機的特殊機械結(jié)構(gòu)造成的結(jié)果,。閂鎖中有一個彈簧,，用于保護閂鎖，使之免受損壞,，否則,，閂鎖會猛擊門鎖上部。
以下為普通DC電機的電壓計算公式：
其中,，Vbat表示外部電壓;i 表示電機電流;L 表示電機感應(yīng)器;n 表示電機速度;R 表示內(nèi)部電機電阻,。
當(dāng)電機幾乎呈勻速運行時，Vbat=iR+K0n(如圖1所示),。需要指出,，K0n表示電機的反電動勢。
當(dāng)電機開始續(xù)流時,，
續(xù)流結(jié)束后,，由于不存在電機電流(即不存在電機扭矩)，彈簧會將閂鎖電機略推回一點,。也就是說,，閂鎖電機的轉(zhuǎn)速會從零變?yōu)樨撝担瑥亩a(chǎn)生正電流,，通過電機,。
圖4 閂鎖啟動波形
保護與診斷
啟動狀態(tài)(ON-state)下,，可通過橋輸出的低邊開關(guān)實現(xiàn)開啟負載檢測：當(dāng)通過低邊晶體管的電流低于參考電流,，且IOCD處于啟動狀態(tài)的時間超過開啟負載檢測延時tdOC時，則會設(shè)定相應(yīng)的開啟負載診斷位,。但是,，輸出晶體管仍保持啟動狀態(tài)。開啟負載出錯位被鎖定,，并可通過SPI狀態(tài)寄存器復(fù)位或開電復(fù)位重新設(shè)置,。
后視鏡折疊控制
正常運行
后視鏡折疊電機由TLE8201的輸出2和輸出3驅(qū)動。由于各個半橋以串聯(lián)方式相連,，而且通道電流也存在限制,，因此一次只可驅(qū)動一個電機。所以只要閂鎖電機在運行,，就無法啟動后視鏡折疊輸出,。
圖5所示為后視鏡折疊電機正常運行時的波形。通道1是流過后視鏡折疊電機的電流。通道2是輸出3的電壓,，通道3則是輸出2的電壓,。根據(jù)該波形，啟動時突波電流的最大值是2.52A,，而運行過程中的額定電流則為0.4A,。
圖5 后視鏡折疊電機正常運行時的波形
電機會保持運行直至鎖定或者超過3秒鐘。因為后視鏡折疊電機采用特殊的機械結(jié)構(gòu),，所以當(dāng)電機被鎖定時就會出現(xiàn)開啟負載!由于鎖定過程中的電流會降至0A,，因此電機無需續(xù)流。
短路保護
圖6顯示了TLE8201的短路保護行為,。各通道的含義與圖5相同,。在正常運行過程中，輸出2(通道3)的電壓較高,，輸出3(通道2)的電壓則較低,。額定電流為0.4A，圖6中看起來似乎為0A,。
當(dāng)電機端子短路,，且電流超過輸出3(ISD34通常為4A)停機閾值ISD的時間超過停機延時tdSD時，輸出3的輸出晶體管會關(guān)閉,，并設(shè)定相應(yīng)的診斷位,。由于輸出2的短路停機閾值高于8A，所以輸出2的輸出晶體管會繼續(xù)運行,。因此,，輸出3的電壓會增加至與輸出2電壓相等的水平。
延時過程中,，電流值限制為輸出3的ISC(ISC34通常為6A),。延時相對較短(通常為25微秒)，以便減少設(shè)備短路時的能量消耗,。這種設(shè)計能夠提供電機應(yīng)用中所需的高峰電流,。在向SPI發(fā)送狀態(tài)寄存器復(fù)位指令或執(zhí)行開電復(fù)位之前，輸出級將保持關(guān)閉狀態(tài)并設(shè)定出錯位,。
圖6 短路保護行為
后視鏡定位控制
采用兩個電機,，輸出4連接至X電機，輸出5連接至兩個電機,，輸出6則與Y電機相連,。圖7所示為其中一個后視鏡定位電機正常運行時的波形。
按下按鈕,，就會激活某個狀態(tài),。當(dāng)后視鏡折疊電機處于激活狀態(tài)時,，不能激活后視鏡X-Y輸出。此類輸出不具備PWM控制,。啟動時的突波電流約為 0.2A,，而額定電流則為0.1A。雖然無需使用主動制動,，但在后視鏡移動過后,，高邊開關(guān)會在100毫秒的續(xù)流時間內(nèi)保持活動狀態(tài)。
圖7顯示了短路保護行為,。輸出1-6所用的短路保護理論完全相同,。唯一差別在于短路停機電流閾值和短路電流值不同。
圖7 X-后視鏡電機正常運行時的波形
圖8 短路保護行為
后視鏡除霜控制
PTC加熱器件由TLE 8201輸出7驅(qū)動,。超過固定的10秒開啟時間時,，輸出由低頻(如10Hz)PWM控制，負載循環(huán)通常為40%,。對PWM的控制則通過SPI由軟件實現(xiàn),。門鎖激活時，加熱器關(guān)閉,，以降低通過TLE 8201的總體電流,。
車燈控制
正常運行
門控車室照明燈和安全警報燈均由TLE 8201輸出端10和11同步驅(qū)動。輸出端由200 Hz PWM(劇場燈光效果)在2秒內(nèi)接通/斷開,。PWM則由PWM2輸入控制,。
轉(zhuǎn)向信號燈(10 w)由TLE 8201輸出端8和9驅(qū)動。輸出由低頻(如1.5 Hz)PWM控制,，負載循環(huán)通常為50%,。對PWM的控制則通過SPI由軟件實現(xiàn)。
接地保護輸出短路
接地保護輸出短路行為顯示出接通過程中發(fā)生的短路與開啟狀態(tài)下發(fā)生的短路之間的區(qū)別,。
接通過程中的短路
在輸出的接通過程中,，通過電流和電壓水平來檢測有無短路。如果開關(guān)(如輸出8)打開而且短路條件有效,，電流會超過停機閾值ISD8(1.8A至 3.5A),，而輸出端的電壓則會低于VSD8(1.5V至3.3V),。超過tdSDon8(125微秒至350微秒)時,，輸出晶體管關(guān)閉，并設(shè)定相應(yīng)的診斷位,。延時過程中,，電流值限制為ISC8(通常為4.2A)，如圖9所示,。通道1為輸出電流,，通道2則為輸出電壓,。
圖9 接通過程中短路保護的波形
圖10 接通過程中的短路保護
開啟狀態(tài)中的短路
若開關(guān)已打開并發(fā)生短路，且電流超過停機閾值ISD的時間超過停機延時tdSD(10微秒至60微秒)時,，輸出晶體管會關(guān)閉,，并設(shè)定相應(yīng)的診斷位。該機制與電壓Vout無關(guān),。見圖11,。
圖11 開啟狀態(tài)中的短路保護
開啟負載
圖12顯示了高邊開關(guān)在關(guān)閉狀態(tài)下的開啟負載。開啟負載檢測通過比較輸出電壓與閾值VOpL來實現(xiàn),?？赏ㄟ^OpLxON位來接通或斷開上拉電流。如果用某一輸出來驅(qū)動LED,，則應(yīng)將OpLxON位設(shè)為“低”,，即切斷上拉電流，因為通過上拉電流施加偏壓時,，這些LED可能在關(guān)閉狀態(tài)下發(fā)光,。
圖12 關(guān)閉狀態(tài)設(shè)計中的開啟負載
結(jié)語
TLE8201是一種用于車門模塊的高度集成ASSP。適用于驅(qū)動典型前車門應(yīng)用中的所有負載,，即中央門鎖,、死鎖或后視鏡折疊、后視鏡定位,、后視鏡除霜以及5W或10W車燈等,。TLE8201提供多種保護方法和診斷功能，使其成為車門控制模塊中一種既靈活又可靠的設(shè)備,。