基于智能功率芯片的车门控制系统设计

汽车技术发展至今，电子控制单元（ECU）已经应用到在汽车内部的各个环节，技术也日趋成熟。作为车身电子的重要组成部分，车门电子自动控制技术的发展也十分迅速。但在实际应用中，凡是电动车窗或车门设备都有潜在的卡死可能，由此便可引发伤人的危险。因此，在门控系统中，车窗防夹设计占有极其重要的位置。

大多数已有的具有防夹功能的电动车门控制产品有一个共性，就是在硬件设计中以MCU为核心，辅之以功率器件、控制电路和相关的通信模块（CAN或LIN），由这些组件配合共同实现驱动电机、升降车窗、故障识别与诊断等一系列控制功能。但是，这样的设计往往会遭遇一些技术瓶颈，比如在原理图设计中，MCU外围电路的搭建，功率器件的选取，电子元件之间的配合与连线；在PCB板设计中则要考虑众多器件的布置和安放，烦琐复杂的走线，以及由此而引发的较差的EMC。这些虽然对系统的总体功能不会产生很大的影响，但会使电路可靠性不高，严重者更是故障频频；除此以外，大量的电子器件还无形中增加了产品的重量和成本。

针对这方面问题，我们提出了电动车窗设计的另一种解决方案——以英飞凌公司推出的TLE7810芯片为核心，外围辅之以简单功能模块，优化设计的同时也探究了TLE7810功率芯片在电机控制中的作用。

总体设计与方法求解

1 TLE7810芯片特性及其优点

由于此车门控制系统针对非司机侧电动车窗设计，因此与司机侧电动车窗相比，生产成本尽可能低；而且，非司机侧门控系统不要求对后视镜方向调节、刮雨器、外部车灯进行控制，功能大大简化。因此，选用TLE7810便可满足所有要求。

TLE7810是一款具有高集成度的低成本智能功率芯片，它集成了一个支持片上调试功能的可以与8051兼容的8位单片机和一个SBC（System-Basis-Chip）。8位单片机有16K的flash、I/O口、霍尔传感器接口、10位模数转换器、带有传感器的供电输出和开关，集成了LIN总线收发器、低电压校正器LDO、两个低边开关（Relay驱动），可以进行片上调试，具备过流保护、看门狗、电压监视、温度监视和对MCU的监视和保护功能。TLE7810有两种低压唤醒模式：LIN总线唤醒和Wake-up引脚唤醒。

图1 TLE7810内部结构

图1是它的结构模块。可以看出，对非司机侧车窗的电子控制，TLE7810不仅能够满足各项指标和要求。而且，“一芯两核”的特点简化了原理图设计和PCB的走线，同时还可降低成本。

2 车窗电机驱动控制设计

基于TLE7810自身特点，设计的总体框图如图2所示。

图2 硬件结构框图 12V的VBAT电压同时接TLE7810和执行电机以供电，TLE7810中的8位单片机通过LIN总线与主控制器（司机侧）通信，它的两个低边开关与Relay连接以控制开关的接通与关断，进而驱动H桥控制电机。霍尔传感器TLE4966采集电机工作信息作为反馈送回MCU。反馈的内容包括电机位置和转动方向两个信息，以便更加精准地记录的电机工作情况，进而对车窗升降和电机的堵转进行控制和识别，提高工作性能。此外，PWM调压方式作为可选配置也列入设计范围。

图3 TLE7810引脚连接方式

图4 TLE4966霍尔传感器外围电路与接法

图5 ULINK关引脚输入

图6 Relay控制

图3所示为TLE7810的引脚连接方式。

TLE7810的输入大体可分为三部分。第一部分为MON1-MON4的按钮采样输入，按钮安装在车门内侧，当乘客对其进行操作时，发出的控制信号通过这四个口送至MCU从而唤醒单片机。第二部分为P2.0、P0.3和SUPPLY对应的SPEED、DIR和SUPPLY霍尔信号输入，这部分功能是接受霍尔传感器TLE4966（见图4）实时反馈回来的电机工作状态信息。通过这几个引脚，MCU能够及时识别电机工作情况，并据此发出控制指令驱动或停止电机运行，从而应对电机工作的各种突发状况，因此这部分输入非常重要。第三部分是ULINK相关引脚输入，这部分与JTAG连接（见图5），用于程序下载。

TLE7810的输出引脚主要输出开关信号，控制Relay（见图6）进而驱动电机。这部分引脚主要是用以驱动高边LED的MON5高边开关，两个低边开关LS1和LS2连接Relay，用以驱动H桥控制电机转向。

还有一些引脚，如LIN用来与上位机进行通信，PWM用来起动电机，RESET、VBAT、VS等构成TLE7810的最小系统。

图7 防夹程序流图

电机控制程序流程如图7所示，当采样到按钮信号或由上位机通过LIN发过来的控制指令时，MCU被唤醒，调入电机控制程序。电机控制车窗运行有两种模式——上升或下降。在每一种模式执行过程中，如果采集到由按钮发出的执行反方向运行信号时，程序控制电机立即切换到另一种运行模式。在上升模式中，有两种情况使得电机发生堵转，即玻璃上升