近年來
，汽車中的電子成分不斷提升，幫助提升燃油經濟性
，減少排放

，增強安全
、照明、車載網絡及信息娛樂係統等。其中
，汽車前照燈是安全駕駛的一個重要環節，安森美半導體創新及領先行業的汽車自適應前照燈係統（Adaptive Front-lighting System
， AFS）電機驅動方案克服傳統前照燈的局限
，幫助提升行車安全性。本文分析AFS的特性，介紹安森美半導體的AFS方案，以及應用設計要點，幫助客戶應用汽車AFS方案。

 

 

傳chuan統tong汽qi車che前qian照zhao燈deng的de燈deng光guang跟gen車che身shen方fang向xiang始shi終zhong一yi致zhi
，在zai汽qi車che轉zhuan彎wan時shi無wu法fa有you效xiao照zhao明ming彎wan道dao內nei側ce的de盲mang區qu，如ru果guo彎wan道dao內nei側ce恰qia好hao存cun在zai人ren或huo物wu體ti，而er車che速su又you未wei恰qia當dang降jiang低di，則ze會hui帶dai來lai安an全quan隱yin患huan，如ru圖tu1所示。相比較而言，AFS功能可以提供旋轉（swiveling）調節效果
，能夠根據方向盤的角度轉動，把有效的光束投射到駕駛者需要看清的前方路麵上
，幫助降低安全隱患。

 

圖1：AFS功能的旋轉調節（左圖）及水平調節（右圖）照明效果

 

除了能夠進行動態旋轉調節，AFS功gong能neng還hai能neng提ti供gong動dong態tai水shui平ping高gao度du調tiao節jie。此ci功gong能neng根gen據ju負fu載zai軸zhou傳chuan感gan器qi的de信xin號hao來lai調tiao節jie前qian照zhao燈deng的de水shui平ping高gao度du，可ke以yi適shi應ying不bu同tong的de負fu載zai及ji不bu同tong的de斜xie坡po環huan境jing。如ru圖tu1右側中，上圖是AFS功gong能neng在zai正zheng常chang水shui平ping條tiao件jian下xia的de燈deng光guang投tou身shen效xiao果guo，中zhong圖tu是shi在zai汽qi車che啟qi動dong或huo上shang坡po時shi路lu麵mian顛dian簸bo條tiao件jian下xia燈deng光guang上shang揚yang效xiao果guo
，下xia圖tu是shi在zai刹sha車che或huo下xia坡po條tiao件jian下xia的de燈deng光guang水shui平ping下xia沉chen照zhao明ming效xiao果guo。可ke見jianAFS可根據車身水平傾斜情況動態調節燈光高度，改善照明效果
，增強安全性。AFS工作原理結構圖分別如圖2和圖3所示。

 

圖2：AFS的工作原理結構圖

圖3：AFS的工作原理結構圖（續）

 

 

汽車AFS的de旋xuan轉zhuan及ji水shui平ping高gao度du調tiao節jie
，是shi各ge使shi用yong一yi個ge步bu進jin電dian機ji來lai實shi現xian的de
，電dian機ji根gen據ju車che輛liang四si周zhou的de眾zhong多duo傳chuan感gan器qi反fan饋kui的de數shu據ju作zuo出chu反fan應ying，故gu設she計ji人ren員yuan需xu要yao采cai用yong適shi合he的de步bu進jin電dian機ji驅qu動dong方fang案an，且qie安an放fang在zai適shi合he的de位wei置zhi。

 

控製AFS功能的步進電機驅動器的安放位置有兩種選擇。一種方法稱為直接驅動
，典型產品如NCV70522。這種方案中，步進電機驅動芯片安裝在跟主微控製器（MCU）同一印製電路板（PCB）上。此電路板離前照燈部件及相關步進電機較遠
，而每個電機需要與對應的信號連接。

 

另一種方法是機電一體化，典型產品如AMIS-30623。在這種方法中，步進電機驅動IC能夠直接安裝在步進電機結構內，僅需共享地線與LIN總線信號連接。這種方法極為有益
，因為MCU與(yu)機(ji)電(dian)一(yi)體(ti)化(hua)模(mo)塊(kuai)的(de)接(jie)口(kou)連(lian)接(jie)隻(zhi)需(xu)要(yao)低(di)電(dian)磁(ci)兼(jian)容(rong)性(xing)的(de)總(zong)線(xian)。機(ji)電(dian)一(yi)體(ti)化(hua)方(fang)法(fa)采(cai)用(yong)模(mo)塊(kuai)化(hua)設(she)計(ji)
，前(qian)照(zhao)燈(deng)組(zu)件(jian)的(de)維(wei)修(xiu)保(bao)養(yang)方(fang)便(bian)
，好(hao)處(chu)明(ming)顯(xian)。這(zhe)兩(liang)種(zhong)方(fang)法(fa)的(de)結(jie)構(gou)示(shi)意(yi)圖(tu)如(ru)圖(tu)4所示。

 

圖4：兩種不同的步進電機驅動器安放方法

 

 

安森美半導體提供多種多樣的步進電機驅動器產品，如AMIS-30621

、AMIS-30623、NCV70627、NCV70521及 NCV70522等。這些產品中， AMIS-30621
、AMIS-30623及NCV70627采用LIN通信，而NCV70521及 NCV70522采用SPI通信。其中，AMIS-30623是一款單芯片微步進電機驅動器。它是通過LIN建立與主機遠程連接的專用機電一體化方案。該芯片通過總線接收定位指令，隨後驅動電機線圈到所需位置，可配置電流、速度、加速度和減速度等參數。該芯片自帶電機堵轉偵測。

 

圖5：AMIS-30623的工作原理示意圖

 

NCV70522則是一款帶穩壓器及看門狗功能的SPI通信步進電機驅動IC。這單芯片微步進電機驅動器具有輸出電流選擇性

、SPI接口
、嵌入式5V穩壓器和看門狗複位等特性。該芯片接收通過一個輸入引腳脈衝信號啟動“下一步微步”命令
，輸出線圈電流、微步數等參數。集成的SPI總線允許參數設定及診斷反饋。NCV70522的典型應用電路圖如圖6所示。

 

圖6：NCV70522典型應用電路圖

 

 

我們以NCV70522為例，介紹這芯片在AFS應用中的設計要點。NCV70522的控製要素包括步幅模式、NXT輸入及電機運轉方向（DIR）控製等。

 

1） SLA信號特性

 

NCV70522包含速度及負載角（SLA）輸出，配合創建停轉檢測算法及控製環路，以根據電機的反電動勢（BEMF）來調節轉矩和速度。

 

2） SPI寄存器

 

NCV70522采用標準4線SPI通信（CLK， CSB， DI， DO），包含3個8位控製（Control）寄存器（0， 1
， 2）和4個8位狀態（Status）寄存器（0
， 1， 2， 3）。

 

3）複位

 

CLR引腳為低電平（0）時
，器件在正常模式；CLR引腳為高電平（1）時，器件複位。複位號器件內部寄存器值被清除為初始化值。

 

4） 設置線圈輸出電流

 

NCV70522提供多種輸出電流模式，可以通過SPI來對寄存器CUR［4:0］設定來選擇。更改後的電流會在下一個脈寬調製（PWM）周期更新。

 

5） 步幅設定

 

NCV70522提供從整步到32微步共7種中模式供選擇，可以通過SPI對寄存器SM［2:0］來設定。

 

6） NXT控製

 

　　NXT信號用於控製電機的步幅（step）位置，根據電流表對應的Ix和Iy信息，進入下一步（step）。即使電機運轉沒有啟用時，step位置一樣被改變，隻是Ix，Iy不輸出。

 

7） 堵轉檢測

 

AFS應用中步進電機有時可能會堵轉。一旦電機堵轉，電子控製單元（ECU）將失去前照燈位置的跟蹤信息並作出不恰當的反應，滋生極嚴重的安全問題，所以AFS應用中堵轉檢測是必不可少。

 

NCV70522微步步進電機驅動器透過SLA引腳提供BEMF輸出，這表示它能實時進行停轉檢測計算
，並根據不同條件來調節檢測等級。具體而言


，此BEMF電壓在每個所謂的“線圈電流過零”期間采樣。每個線圈在每個電氣周期內存在2個零電流位置，因而每個電氣周期共有4個過零觀察點
，故可以測量4次BEMF。如果4個“線圈電流過流點”中有2個SLA電平低於1.5 V
，那麼就處於堵轉狀態。我們需要連續2個以上的電氣周期都認定為堵轉才為真正堵轉。

 

圖7：NCV70522的堵轉檢測功能

 

 

自適應前照明係統（AFS）在智能汽車電子產品中應用越來越廣泛
，通過驅動步進電機來實時控製燈光角度調整
，能有效地增加駕駛的安全性。安森美半導體針對AFS係統的步進電機開發了一係列驅動芯片，為客戶的設計增強汽車的安全性。本文介紹了AFS特性

、驅動IC以及方案設計要點，特別是步進電機驅動難點—堵轉檢測的剖析，幫助客戶快速
、準確地開發有效的AFS方案。來源：電子發燒友。

【推薦閱讀】