汽车自动空调风门执行器驱动保护及诊断

随着汽车的普及，对汽车舒适性和节能环保的要求越来越高，汽车空调的性能也越来越受到人们的关注。与传统的手动空调相比，新的自动空调系统可以显著提高燃油经济性并减少碳排放。自动空调控制的核心就是空调控制器，其控制策略及控制精度都与自动空调的性能相关。安森美半导体提供了一系列用于汽车自动空调中的风门电机驱动芯片，能实现完善的故障诊断及保护，有效提高汽车自动空调系统的整体性能和可靠性。本文分析了汽车空调风门电机的控制原理，各种故障状态及保护要求，并提出了汽车风门电机故障诊断及保护的控制逻辑，最后给出了实际系统的验证结果。

在整个汽车自动空调系统中，风门执行器是的最核心控制器件之一，主要用来控制系统运行模式，调节系统温度，设置空气内外循环等。一般单温区自动空调有三个风门执行器，用来控制上面所提及的功能。双温区有四个以上的风门执行器，是为了更好的调节后排乘客的温度，而一些复杂的汽车自动空调系统可能会有十个以上的风门执行器，来实现更加复杂的功能。

典型的风门执行器内部电机最大工作电流约60mA，堵转电流最大约400mA。由于需要随时调整风门位置，需要采用全桥驱动来对其进行控制，以实现随时调整电机的运行速度及方向。

汽车自动空调风门电机驱动的故障诊断及保护

在汽车自动空调系统中，对负载状态的检测及诊断故障处理对系统的稳定性非常重要，主要的诊断需求包括：对地短路，对电源短路，开路检测，短路检测等。

当这些故障发生时，相关的输出要首先关闭输出，系统要及时读取反馈信息，并做出相应的报警提示，对于有些信号需要不断重试（定时重启输出）来探测故障是否恢复。

基于NCV7718的风门电机驱动故障诊断及保护的实现

NCV7718是内置功率驱动模块的多路半桥驱动，也是专门针对小功率直流伺服电机开发的驱动。其单通道最高550mA的输出能力完全能满足空调风门执行器内的小功率伺服电机的驱动需求。

芯片内建完善的保护功能使其外围电路及其简介，而3.3V/5V兼容的逻辑通信接口也可以满足平台设计的需要。NCV7718的内部主要保护功能有：

* 低压/过压输出闭锁：用来防止负载在非正常供电电压下误动作
* 过流保护：防止回路中出现较大尖峰电流损坏负载
* 过温报警：在芯片工作温度达到非正常值时，向系统反馈报警信息
* 热关断：当芯片结温超过最大工作温度后关闭所有输出，保护系统和驱动器
* 轻载检测：判断负载开路或者接插件引脚接触不良

以上这些保护功能是自动空调风门执行器所必须的，此外NCV7718还提供了额外的管脚电压钳位保护功能，防止由于外部干扰或者负载非正常运行产生的电压脉冲，保护系统可靠稳定运行。

NCV7718还能实现以下故障诊断及保护功能

在NCV7718中集成了多种保护模式，可以通过组合判断状态寄存器标志位来实现故障诊断。

以下具体介绍各个故障诊断的方法及步骤：

> 对地短路检测：

o 配置所有半桥为高边输出
o 使能输出，并延时一段时间
o 通过SPI总线读取NCV7718内部寄存器中TW及OSC标志位

> 对电源短路检测:

o 配置所有半桥为低边输出
o 使能输出，并延时一段时间
o 通过SPI总线读取NCV7718内部寄存器中TW及OSC标志位

> 开路检测：

o 在初始化中需要使能ULD诊断功能（轻载检测）
o “H-Bridge”正常工作（每个伺服电机依次工作）
o 通过SPI总线读取NCV7718内部寄存器中ULD标志位

* ULD=0：负载状态正常
* ULD=1：负载开路

o 在系统正常运行中，当ULD被置位后，可以再通过依次检测伺服电机来检测出具体的故障风门

> 短路检测：

o 初始化并配置“H-Bridge”
o 使能输出（每个伺服电机依次工作），并延时一段时间
o 通过SPI总线读取NCV7718内部寄存器中OSC标志位

* OSC=0：负载状态正常
* OSC=1：负载短路

在实际应用中，还可以结合风门执行器内的位置传感器来更准确的判断并查找出具体的故障信息，并及时做出报警。

结论：

NCV7718这款产品是为汽车自动空调应用度身打造的产品，其性能完全满足应用的所有要求，其完善的保护功能更是极大地提升了整个系统的安全等级，利用组合的状态标志位，可以通过软件对外部负载进行故障诊断，简化诊断电路，降低外围元器件数量，提升产品可靠性，同时也能降低系统的成本，为系统设计带来极大的灵活性。(end)