汽车暖通空调系统：阀门控制

摘要

本文旨在于简要介绍汽车暖通空调系统的特点，并详细介绍如何使用一个智能功率驱动器控制通风阀的定位。

今天，汽车空调通风系统已经非常普及，市场对暖通空调系统的需求量已经与出厂汽车的数量相当。

暖通空调系统基本上可分为三类:手动空调、半自动空调和全自动空调。

这三种系统存在于不同的地区市场和汽车市场。

自动空调和半自动空调的通风阀是由步进电机或直流电机驱动的。

本文的目的是分析在先进暖通空调系统中使用意法半导体的智能功率器件驱动控制电动阀门有哪些特色和好处。

意法半导体的智能功率驱动器集成一个SPI总线控制级和多项保护功能，在输出级集成8个或6个半桥电路，能够驱动采用多种配置的直流电机和步进电机，同时为两个同步运转电机提供电流反馈功能。

在新推出的两款器件，其中一款集成一个开关式电源模块，用于控制一个外部升压转换器，使其能够同时驱动4台步进电机（双极电机）或者不通过升压转换器依次驱动3台步进电机。在直流电机应用环境中，这些器件可同步驱动最多4台直流电机或依次驱动7台直流电机。

此外，两个采用多路复用技术的电流监测功能能够检测电机电流。通过适合的外部硬件，可以管理这两个电流监测功能的信号，使这些驱动器能够支持无传感器式位置检测算法，从可以节省直流电机上的电位计。

前言

暖通空调(HVAC)系统能够向车厢输送冷风或热风，为乘客和驾驶员提供一个安全、舒适、轻松的环境，提高车窗和后视镜的玻璃的可视性，滤除车厢内的花粉、尘土和异味。

最近，我们看到小轿车对空调系统的需求大幅增长。为确保汽车乘坐起来如同家里的沙发一样舒适，空调系统变得日益复杂，相关法规也越来越多。事实上，现代空调系统将车内分为四个不同的区域，对每个区域进行独立的气候控制。因此，今天几乎找不到一个没有暖通空调系统的小轿车，空调系统的产量几乎等于小轿车的产量。

自从汽车开始安装空调的时候起，多项改良技术增加了现代空调系统的复杂程度。随着空调系统向半自动空调和全自动化发展，人们预测手动空调的市场占有率将会逐步减少，但是，考虑到手动空调是经济轿车的首选解决方案，我们可以断定，手动空调系统不会很快退市。为顺应汽车空调市场的发展趋势，满足汽车厂商对暖通空调系统的需求，针对空调系统通风阀定位电机应用，意法半导体开发出两款新的智能功率驱动器 L99MD01和L99MD02。 L99MD01通常用于高端空调解决方案，而L99MD02则满足中档空调系统的需求。

驱动通风阀控制器的新型智能功率芯片

空调系统可以分为三大类型:手动空调、半自动空调和全自动空调。自动空调系统的通风阀是由步进电机或直流电机来控制的，具体是哪种电机取决于系统的复杂性和客户需求。

典型的通风阀电机配置是利用内置电位计的直流电机执行位置检测功能；另一种控制方法是采用单极步进电机。采用步进电机的解决方案有一大缺陷：连接通风阀执行器和电子气候控制单元需要5条线。显然，为快速且精确地调整温度，需要增加通风阀和电机的数量，这势必导致车上的线束变得庞大和杂乱。 采用LIN总线驱动的机电控制方法是一个可行的解决方案，但是，成本的增加使这个解决方案仅适用于特别高档的小轿车。

L99MD01和L99MD02能够满足客户的多项需求。这两个器件都定位于中高档汽车市场，为通风阀定位系统开发人员提供完整的保护功能和设计灵活性。这两款产品都是由SPI总线控制，整合了完整的诊断和保护功能，能够监控所有的输出。

采用L99MD01驱动步进电机

L99MD01是一款由6路半桥组成的车用驱动器，能够驱动步进电机和直流电机。

当被用作步进电机驱动器时，通过内置的开关式电源模块，配合外部升压转换器，这款芯片能够同时驱动4台步进电机，或者依次驱动3台步进电机。

这个芯片为驱动通风阀的每台步进电机节省两条线，把线数从5条减到3条。此外，L99MD01还能驱动成本低廉的双极绕组的步进电机，每相可以节省一个绕组，因此能够减少线缆数量。

图1:L99MD01应用示意图

通过利用内置SMPS模块，可以实现一个直流-直流升压转换器，把电源电压提高一倍，取得一个对称电压电源(0V / Vs / 2xVs)，半桥电路被转换为全桥工作模式，准许双向电流通过，通过两个半桥驱动一台步进电机的两相。

此外，这个对称电源向步进电机的各相绕组供给双向电流，每相只需一条线，这意味着，如果所有电机都共用一条电源线，从控制单元引出两条线即可驱动一台双极步进电机（如图1所示）。

我们从图2可以看出采用L99MD01的步进电机驱动器设计在布线和成本方面的优点。

图2:驱动双极模式的步进电机节省电线和成本