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[原创]AFS的解决方案及设计要点

关键词:AFS Adaptive Front-Light System 自适应前照明系统

时间:2014-12-03 11:25:51       来源:网络

AFS

AFS,即Adaptive Front-Light System自适应前照明系统。自适应前照明系统(AFS)在智能汽车电子产品中越来越广泛地得到使用,通过驱动步进电机来实时地控制灯光的角度的调整,能有效地增加驾驶的安全性。安森美半导体针对AFS系统的步进电机开发了一系列驱动芯片,为客户的设计带来了便捷。

在设计时时,要掌握AFS特性、驱动IC以及方案设计的注意要点,特别是步进电机驱动难点—堵转侦测的剖析,能帮助客户快速、准确地开发出有效的AFS方案。

普通车辆的灯光始终跟车身的方向一致,不能有效照亮弯道内侧的盲区,AFS随动转向头灯能够根据方向盘的角度转动,把有效的光束投射到,AFS功能Level调整效果如图1所示。

图1 AFS功能Level调整效果

AFS工作原理结构图如图2所示。从结构图上,可以看出,AFS工作原理结构大致分为三个组成部分,包括组合前照灯总成、AFS控制器和传感器等。





图1 AFS功能Level调整效果

AFS解决方案

安森美半导体在AFS步进电机驱动中的主要产品有AMIS-30621、AMIS-30623、NCV70627、NCV70521、NCV70522等。

AMIS-30621、AMIS-30623、NCV70627,采用LIN通讯模式;NCV70521、NCV70522,采用SPI通讯模式;AMIS-30623、NCV70627,自带堵转监测;NCV70627支持发动机启停模式;AMIS-30621、AMIS-30623、NCV70627、NCV70522,内置5V电源输出;NCV70522内置watchdog复位信号。

NCV70522是直接驱动的产品,步进电机驱动芯片被要求安装在与MCU同一PCB板上,每个电机需要对应的信号连接线,是高集成度执行计划方案应用。

AMIS-30623是机电一体化的,步进电机驱动芯片能够直接安装的电机结构内,仅仅需要共享地线与Lin-bus信号连接,适合高集成度执行计划方案应用。

AMIS-30623是一款单芯片微步进电机驱动器与控制器通讯通过LIN接口。它是通过LIN建立与主机远程连接的专用机电一体化解决方案。该芯片是通过总线接收的定位指令,并随后驱动电机线圈到所需的位置,可配置电流,速度,加速度和减速度等参数。该芯片内部自带电机堵转侦测。AMIS-30623的典型应用图如图3所示。



图3 NCV70522的典型应用图

AMIS-30623的主要功能:

•堵转侦测

•AMIS-30621类似功能

•改进低电压管理

•改进LIN-Lost功能

•0mA Hold电流

•兼容AMIS-30621

•减低噪声(堵转侦测)

•减小在hold情况下过温的风险

AMIS-30623的其他特点:

• AMIS-30621类似功能:保护电路、PWM、电机-位置控制、稍微改进了OTP

•高温的管理及低温警告

•线圈短裤检测和过电流检测与保护

•固定频率PWM,自动选择快/慢衰减

•微步进分辨率从1/2~1/16

•现场可编程节点地址(最多128个从地址)

• 5V稳压器,LIN活动唤醒

•睡眠模式,低电流消耗(<100μA的)

AMIS-30623的市场及应用:

•汽车:头灯执行器、怠速控制、液化气阀门、 悬挂阀门等

NCV70522单芯片微步进电机驱动芯片,具有输出电流选择性、SPI接口、嵌入式5V稳压器和看门狗复位。这特意为外设驱动微控制器简化电路。该芯片接收通过一个输入引脚脉冲信号启动“下一步微步”命令,输出线圈电流 微步数等,通过SPI总线设置,已经诊断反馈。 NCV70522的典型应用图如图4所示。


图4 NCV70522的典型应用图

NCV70522的功能

• NCV70521+5V reg&WD reset

•透明的SPI参数

• 2信号控制运转(NXT/DIR)

•整步到1/32精度的微步模式

•灵活的运行电流最大到1.6A

• ERRB引脚输出错误状态

•具有NCV70521同样优点

•兼容NCV70521

•减小pcb板尺寸和bom材料(内置了Vreg)

•具有宽电压工作范围(6.5V~30V)

•100%断开和短路的保护和诊断

•电流反馈

• Speed & Load Angle信号输出为了软件判定堵转

•固定频率PWM,自动选择快/慢衰减

• PWM与EMC的调节位

•标准4线SPI信号

•睡眠模式,低电流消耗(<80μA电流)

NCV70522的市场及应用

汽车:头灯执行器、怠速控制、液化气阀门、悬挂阀门、折叠式的多媒体显示器等

NCV70522 SPI寄存器特性包括:标准SPI通讯4线(CLK、CSB、DI、DO);3个控制寄存器,8bit;4个状态寄存器,8bit。

AFS NCV70522方案驱动电路图如图5所示。AFS NCV70522软件流程图如图6所示。




图5 AFS NCV70522方案驱动电路图


图6 AFS NCV70522软件流程图

NCV70522具有复位功能,当CLR引脚为0时,芯片正常模式;复位芯片需要将CLR引脚设置为1;复位后芯片内部寄存器值被清楚成初始化值。芯片提供多种输出电流模式,可以调过SPI来对寄存器CUR[4:0]设定来选择. 更改后的电流会在下一个PWM周期更新。芯片提供从整步到32微步共7中模式选择,可以通过SPI对寄存器SM[2:0]来设定。AFS NCV70522运行使能设定通过SPI设定MOTEN 比特位来使能。关于NXY脉冲控制,NXT信号来控制电机step位置,更加电流表对应的Step位置输出相应Ix Iy;及时电机运转没有使能时,step位置一样被改变,只是Ix Iy不输出。寄存器NXTP标志位设定,决定了NXT的上升沿或下降沿的被采集。

AFS NCV70522应用中堵转判定方法有如下几个:第一,电机运转速度(Fstep/s)=NXT频率/微步数;第二,NXT脉冲每产生1次,step位置被改变1次,当微步越精密需要的NXT越多,才能电流表变化一个周期。电机微步模式被设定后,安森美半导体通过NXT的频率来调整电机运转速度;第三,堵转检测,SLA引脚提供了一个输出电压,表示反电动势的水平电机的电压,这反电动势电压能过在每个过零点进行采样,每线圈电流存在2个过零点的位置,所以在每个电气周期内共存在4个可观测的过零点电流区间;第四,通过读取step位置,可以得到过零点信息,在两个过零点中间去采集BEMF,此时更加稳定准确;第五,SLA的反馈收到电机运转速度和机构负载而不同,所以每个方案安森美半导体都需要对正常运行和堵转运行是SLA来做对比,以确定堵转的检测条件。

AFS Solutions and Design Points

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