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随着汽车电气系统越来越多地采用更小、更智能的集成电路(IC)，是时候开始解决大家都视而不见的问题了：为什么我们仍然使用继电器来控制天窗模块、车窗玻璃升降器、电动锁、尾门升降器、记忆座椅、压缩机和泵中的电机？

当然，使用继电器进行设计既便宜又简单，但考虑到其有限的使用寿命和较大的解决方案尺寸，其功能对于现代电机应用来说似乎相当庞大。

对于安静、小型和安全的解决方案，固态IC是汽车电机控制应用的最佳选择。

解决方案尺寸

让我们比较两种解决方案，如图1所示：一种典型的继电器解决方案和一种额定电压和电流相同的等效固态解决方案。

图1:继电器解决方案和固态解决方案

根据方案尺寸，固态8mm8mm方形扁平无引线封装(QFN)加上两个双排封装的N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)约占继电器方案电路板面积的三分之一。

看Z轴，整个固态解决方案大约9mm高，或0.035英寸。

如果要制造电机驱动器印刷电路板(PCB)并将其轻松安装在电机外壳背面，TI的固态解决方案非常适合这种应用。

除了尺寸之外，固态栅极驱动器还集成了一整套保护功能，这些功能必须在继电器解决方案中独立构建。

电机电流测量

对于任何类型的电流调节，继电器和固态系统都需要并联电阻。

继电器解决方案需要一个独立的分立放大器电路来增加检测电阻上测得的电压。

然后，增加的电压被发送到微控制器(MCU)的模数转换器(ADC)，以便MCU中的数字逻辑可以决定何时关闭电机或限制电流。

然而，固态电机驱动器通常集成低端电流并联放大器，因此唯一需要的分立元件是一个电流检测电阻。

图2显示了集成电机驱动IC和分立电流测量电路拓扑结构之间的差异。

图2:分立和固态电流测量

TI的电机驱动器进一步采用电流调节措施，使用连接到集成电流检测放大器输出的内部比较器来集成逐周期电流斩波方法。

所需的只是一个外部基准电压，器件将处理电流限制，并释放原本用于MCU或分立式结构的资源。

检测放大器的输出仍然连接到封装引脚，但如果您只需要一定程度的电流调节，请考虑采用完全集成的解决方案，如DRV8702-Q1或DRV8703-Q1。

接口连接MCU

当继电器和固态解决方案连接到MCU时，固态IC通常可以实现MCU通用输入和输出(GPIO)与模数转换器(ADC)引脚之间的直接连接。

这些ic通常足够灵活，可以将1.8、3.3或5V逻辑电平电压与基于地的高阻抗下拉电阻相连。

对于继电器解决方案，为了实现类似的输入控制，需要某种电流增益来控制继电器中的螺线管线圈。

图3显示了连接继电器和固态驱动器与MCU的电路拓扑的差异。

图3:连接到MCU的接口

图3中的继电器解决方案概述了掺杂N掺杂P掺杂N掺杂(NPN)双极结型晶体管(BJT)的达林顿晶体管的要求。两个电阻和一个保护二极管只会直接干扰带MCU GPIO引脚的继电器线圈。

为了创建H桥并驱动双向电机，将需要两个双排封装[SPDT]继电器，这意味着需要上述两个电路元件来分别驱动两个继电器线圈。

使用TI的一个电机驱动器，可以去除所有这些分立元件，从而形成更小、更干净的PCB解决方案。

电机转速曲线

带继电器的电机转速曲线非常低效。

设计者可以使用继电器，通过不同大小的电阻或与电机串联放置的不同速度的多绕组电机，实现电动窗、电梯门、天窗、滑动门或泵的多速控制方案。

如果要选择不同的速度，两种方案都需要更多的继电器，更多的继电器需要更多的电路板空间和分立元件。

使用固态解决方案，您只需从MCU提供两个脉宽调制(PWM)信号，供TI的电机驱动器控制电机速度。

在DRV8702-Q1和DRV8703-Q1上，TI提供相位/使能模式，其中只有一个PWM信号施加于使能引脚，而一个简单的逻辑高或低相位引脚控制电机的方向。

逻辑电平的PWM信号直接转换到具有正确电压的MOSFET的栅极，以充分增强高端或低端MOSFET。

使用这种类型的界面，您可以快速设计多速泵、定制的滑动玻璃天窗运动曲线、软关闭电动车窗、廉价的变速挡风玻璃雨刷或任何其他类型的简单运动控制电机应用。