小引擎（单缸）的电子控制方案设计

单缸引擎ASSP

飞思卡尔半导体针对这一目标最近推出一款ASSP(首个具体应用标准产品)IC，以便把小引擎的多个模拟功能集成到一个芯片上。该IC的零件号为MCZ33812，主要针对小型单缸或双缸引擎。它集成了单个IC、MCU电源稳压器，复位和看门狗功能，用于诊断通信的串行IS09141接口，一个点火预驱动装置，一个喷油器驱动装置，可用来驱动继电器或备用喷油器的两个低边驱动装置，以及一个显示功能异常的指示灯。它是一个非常基本的功能集，但正是由于这个原因，它可以用于大批量生产的单缸小引擎ECU。



图2 MCZ33812框图

MCZ33812详细介绍

MCZ33812将多个模拟功能集成到一个小型的32引脚的封装里。MCU和该IC间的接口要通过10个并行的5V逻辑电平线路。之所以选择简单的并行接口，是为了保证即使从只拥有机械设计背景转过来电子设计新手也能轻松了解该电路。该电路设计从标准的12伏电池运行，但可以最高承受36V的电压，并且所有外部输出都可防止电池短路，过电流、温度过高和ESD问题。下文简要介绍包含的功能特性：

电源

该模块是一个线性稳压器预驱动装置，可提供稳定的5V电源，为MCU提供动力。它的设计可以在 *V到36V的输出电压中提供稳定的5V电压，并且跟踪从*V降为4.5V的输入电压电源。作为预驱动装置，它驱动外部PNP晶体管的基极，在集电极处生成浮动范围为+/-2%的5V电压。VCCSENS输入引脚与PNP集电极相连，该集电极监控提供反馈的输出电压并让集电极稳压在5V。

复位和安全功能

要保证MCU的功能正常，该IC必须具备某些安全功能。第一个带输出引脚RESETB的复位电路，它能驱动MCU的复位输入引脚。总共有三种不同的事件可能导致复位信号发生。复位模块包含三个输入引脚：一个是VCCSENS，用来感应外部5V电压；一个是WDRFSH，用来定期提供MCU到看门狗定时器的刷新信号；最后一个是WD_INH，用来选择是启用还是禁用看门狗功能。可能驱动复位信号的第一个事件是上电复位。当器件首先上电时，RESETB 信号置于低，以确保MCU保持在复位状态，直到电源电压达到最低工作值。当5V电压超过最低电平时，RESETB信号可以在低的位置再保持128 微秒，从而让MCU的内部逻辑时间趋于稳定。过了128微秒后，RESETB信号置于高，MCU开始执行程序。发生RESETB信号的第二种情况是欠压复位，5V电压低于MCU的最小工作值时发生。这样能确保MCU超过推荐的工作电压范围后不会运行。生成RESETB信号的最后一种情况是看门狗电路超时复位。当看门狗电路启用后，WDRFSH引脚会定期提供来自MCU的刷新信号。如果MCU不能提供定期刷新信号，就表明程序指令流出现错误或MCU“挂断”了。发生RESETB状况后，看门狗最大时长由WDRFSH引脚上MCU提供第一个脉冲的时长来确定。



图3 MCZ33812复位电路框图

点火预驱动装置

点火预驱动装置可以驱动IGBT或达林顿晶体管。它有两个输出线路，即IGNOUTH和IGNOUTL线路，由单个并行输入引脚IGNIN控制。选择使用的晶体管类型时，可以由连接的IGNSUP引脚决定：可以选择达林顿晶体管提供5V电压或者选择IGBT提供12V电压。大部分新汽车设计师选择使用IGBT，但一些小引擎ECU设计师仍然选用达林顿晶体管，因为以前的CDI ECU设计使用达林顿晶体管。点火预驱动装置检测到开路故障或电池短路后，将故障指示信号IGNFLT发送给MCU。

低边驱动装置

它有三个低边驱动装置，全部使用相关的并行输入引脚来控制。它们分别设计来驱动喷油器、继电器（或备用喷油器）以及报警灯或其他负载。

低边驱动装置在过压或欠压事件中都会关闭，它们都可以防止过电流、电池短路和温度过高状况。对于喷油器和继电器驱动装置，可以检测空载或电池短路故障。喷油器和继电器驱动装置向MCU提供故障报告信号。

继电器驱动装置拥有与喷油器驱动装置相同的电子特征，因此它也能用来驱动其他电流更高的器件，如燃油泵。

指示灯驱动器没有故障指示信号，但它可以防止过电流、过压、温度过高和电池短路。因为它没有引脚为微控制器提供故障信息，检测到故障条件时，驱动器关闭；当故障条件消失后，它再次打开。但它被设计来驱动白炽灯，因为它的最大电流限额为3 安，但另外两个驱动器的限额为6 安。

ISO-9141 通信接口

提供ISO-9141串行接口，允许MCU收发进出外部测试终端的诊断信息。

MCZ33812 参考设计

为演示用于小引擎ECU的第一款模拟IC的功能，ECU参考设计由此产生。



图6 MCZ33812参考设计板

它基于MCZ33812和MC9S12P128 16位MCU，拥有128 Kb闪存。它是完整的ECU，其设计代表MCZ33812在单缸、4冲程引擎实际应用中的用例；由于MCZ33812的基本功能集，一些其他模拟功能也使用独立组件进行实施。该板卡还安装了一个用于怠速管理的步进电机驱动器，一个VRS空调电路和一个氧传感加热驱动器。借助该硬件，还可以提供部分软件代码和器件驱动器的示例。



图5 MCZ33812参考设计框图

参考设计连接器提供下列信号：

输入信号：

1. VSRP - 可变磁阻传感器（正）

2. VRSN - 可变磁阻传感器（负）

3. MAP - 进气歧管气压传感器

4. TPS - 油门位置传感器

5. ATEMP - 外部气温传感器

6. ETEMP - 引擎温度传感器

7. O2IN - 氧传感器

8. OPSR - 油压传感器

9. ENGSTOP - 发动机断开开关

10. TILTSW - 指示引擎在运行的安全方向上的信号

输出信号：

1. TPMD - 油门位置步进电机输出 D

2. TPMC - 油门位置步进电机输出 C

3. TPMB - 油门位置步进电机输出 B

4. TPMA - 油门位置步进电机输出 A

5. INJOUT - 喷油器 LS 驱动输出

6. COIL - 点火线圈 LS 驱动输出

7. +5V - 电源输出电压

8. LAMPOUT - 故障指示灯 LS 驱动输出

9. ROUT1 - 继电器 LS 驱动输出 1

10. ROUT2 - 继电器 LS 驱动输出 2

11. O2HOUT - 氧传感加热器 LS 驱动输出

其余连接包括：

1. VBAT - 12 V电池正极输入

2. GND - 12 V电池负极输入

3. ISO9141 - 诊断输入/输出

4. GND - 4个其他接地连接

参考设计工具箱所包含的是带电缆和接头的电路板，包括BDM编程模块、带Code warrior 开发软件的DVD、带完整源代码和文档资料的实际工作软件示例（可用来运行小引擎）。参考设计还包括实际运行单缸或双缸引擎，以及制定提高效率、降低排放的引擎“校准”表时所需的其他一切内容。