安森美半導體的汽車空調自動控制方案促進節能

空調是滿足汽車舒適性要求不可或缺的配置，用作車內製冷、取暖、通風換氣，而且舒適的駕乘環境也關乎行車安全。而自動空調比傳統的手動空調更方便，可根據使用者設定的溫度自動檢測和調節，讓車內的溫度和濕度處於設定範圍之內。而且，自動空調還有助於節能減排，提升燃油經濟性。

汽車空調典型的供電結構

一般來講，汽車電壓分為 24V 系統和 12V 系統：24V 電源可採用經大功率 TVS（瞬態電壓抑制器），然後由低壓降穩壓器（LDO）轉至5V，同時為電機驅動器供電；也可採用經成本較高的 DC-DC降壓器降至 12V，然後由 LDO 轉至5V，同時為電機驅動器供電；12V 電源經 LDO 為單片機、感測器等元件供電，同時直接為直流/步進電機等電機驅動器供電。

▲ 汽車空調典型的供電結構。

如果採用 24V 供電系統，需要考慮高耐壓產品，同時兼顧熱管理、電源能效和成本控制等問題；如果採用 12V 供電系統，則需考慮成本、靜態電流（Iq）及封裝等因素。

安森美半導體為汽車空調系統提供豐富陣容的 LDO，其中標準靜態功耗系列（Iq > 100 uA）如 NCV4264-2、NCV4266-2，低靜態功耗系列（Iq < 100 uA）如 NCV8501、NCV8502，非常低靜態功耗系列（Iq < 50 uA）如 NCV8664、NCV8660，超低靜態功耗系列（Iq < 33 uA）如 NCV8768、NCV8769，滿足設計的不同需求。

安森美半導體還提供為感測器供電的電壓跟隨器 NCV8184，具可調節的緩衝輸出電壓，密切匹配參考輸入電壓（精度達 ±3 mV）。該器件的輸出電流能力為 70mA，靜態電流僅為 70uA，當電流為 50mA時，典型壓降僅為 0.35V，採用 SOIC-8 封裝。

驅動

1. 風門執行器驅動

直流電機、單極性步進電機、雙極性步進電機為汽車空調風門執行器的三種典型結構。直流電機風門執行器中包括一個直流電機和一個位置感測器，需要一個完整的 H 橋（由 2 個高邊開關和 2 個低邊開關組成），來控制電機的正反轉，透過內部自帶的位置感測器，可以即時的監控風門的位置，實現閉環控制；單極性步進電機的控制只需要 4 路高邊或者 4 路低邊驅動，由於步進電機本身的特性，可以通過計數步進次數來知道風門的位置；雙極性步進電機只需要兩組線圈，其驅動需要 2 個 H 橋（由 4 個高邊開關和 4 個低邊開關組成）來控制兩個線圈，與單極性步進電機類似，可以通過計數步進數來得知風門目前的位置。

▲ 風門執行器電機結構及驅動類型。

直流電機風門執行器的正常工作電流約 100mA，堵轉電流小於 450mA，需要 H 橋驅動來改變運行方向，並提供故障診斷報告及足夠的保護功能。安森美半導體的 NCV77XX 系列完全滿足上述需求，能以正向、反向、制動及高阻抗狀態工作。以六路半橋驅動器 NCV7718 為例，6 路 PMOS 作為高邊驅動，6 路 NMOS 作為低邊驅動，高低邊在晶片內部連接，以 H 半橋作為輸出，提供 0.55A 持續驅動電流，內部集成續流二極體，導通電阻典型值和最大值分別為 1Ω 和 2.25Ω，透過 16 位元 SPI 介面控制，低功耗（最大消耗電流僅為 5 Ua ），提供驅動狀態、低負載保護、過流、過溫和溫度警告等診斷報告，並集成一系列保護特性如過壓/欠壓保護、過流關斷、過溫保護等，採用 SSOP-24/SSOP24-EP 封裝。另外，根據不同的輸出需求，可選擇安森美半導體的 8 路半橋驅動器 NCV7719 或 10 路半橋驅動器 NCV7720。安森美半導體還提供帶獨立診斷功能的 6 路半橋驅動器 NCV7728，該器件峰值電流為 0.55A，導通電阻典型值和最大值分別為 1Ω 和 2Ω，介面相容 3.3V / 5V 單片機，在睡眠模式下提供超低靜態功耗，透過 16 位元 SPI 介面控制（串列傳輸速率為 5MHz，相容菊輪鍊通信），集成續流保護、過流保護、開路檢測、過熱關斷及過溫報警等保護特性。

步進電機風門執行器中，每個電機需要 4 路驅動，最大工作電流小於 300mA，可直接控制或經由 LIN 匯流排遠端控制。安森美半導體用於汽車空調的單極性步進電機驅動器有 NCV7608 和 NCV7240。NCV7608 是 8 路高低邊可配置驅動器，每通道可提供 350mA 驅動電流，提供完善的保護功能，採用 SOIC28 封裝，通過 AEC-Q101 認證；NCV7420 是 8 路低邊驅動器，每通道可提供 600mA 驅動電流，透過 16 位元 SPI 介面控制，提供開路診斷、超載保護、過溫保護等完善的診斷和保護功能，採用 SSOP24 封裝，通過 AEC-Q100 認證。安森美半導體用於汽車空調的雙極性步進電機驅動器有 AMIS30730 和 NCV70501，這兩款器件的驅動電流均為 300mA。AMIS30730 採用 LIN 介面，內含 MCU、ROM、RAM 和 EEPROM；而 NCV70501 採用 SPI 介面。

2. 高 / 低邊驅動

SmartFET 用於外部負載（例如在中央電器盒中的繼電器）的控制，可用作高邊或低邊驅動，這些驅動自身需要額外的保護功能如短路保護、熱關斷、過壓保護、邏輯電平控制和 ESD 保護等。安森美半導體的 NCV8452 是一款高邊 SmartFET，該器件的導通電阻為 200mΩ，過壓保護等級為 41V，輸出電流限制值為 1A，集成了豐富的保護特性，如短路保護、超載保護、過溫關斷及自動重啟、內部鉗位二極體過壓保護、ESD 保護及邏輯電平控制等，結溫 -40~150 ℃。安森美半導體用作高 / 低邊智慧驅動的器件還有 NCV8440、NCV8450、NCV8401 / 2 / 3 / 5 / 6，提供不同的鉗位元電壓、導通電阻、輸出電流等參數。

3. 鼓風機驅動

鼓風機分為兩大類：有刷直流電機和無刷直流電機（BLDC）。有刷直流電機最大工作電流為 30A，採用 PWM 控制，含功率 MOSFET；而 BLDC 電機需要用到預驅動器、功率 MOSFET。安森美半導體所示的用於有刷直流電機和 BLDC 驅動的 N 溝道功率 MOSFET，以及用於 BLDC 電機的三相預驅動器，如 LV8907UW 及 MC33033 / 5 等。為幫助工程師簡化設計、節省空間，安森美半導體還提供集成預驅動器和功率 MOSFET 的智慧功率模組 STK984-xxx 系列，內部集成電機驅動演算法器、6 個 MOSFET 及驅動電路，透過 PWM 或電壓調速，提供 OTP 寄存器用於電機參數配置，支援模組化進行無 PCB 設計，並集成過流保護、過溫保護、過壓 / 欠壓保護等完善的保護特性。

4. LED 驅動——CCR

安森美半導體的恒流穩流器（CCR）用於驅動汽車空調系統中的 LED，這類器件內置 LED 熱保護，可替代低成本 LDO，降低系統成本，由於沒有 EMI（電磁干擾），適用於低雜訊系統，在寬輸入電壓範圍內提供恒定電流，可抑制由於電壓波動引起的LED亮度變化。該系列器件包括兩端固定輸出版本及三端可調節輸出版本，如 NSI50010YT1G、NSI45015WT1G、NSI45020T1G、NSI45020AT1G 及 NSI45020JZT1G 等。

匯流排收發器

LIN / CAN 匯流排用於實現汽車中的分散式電子系統控制。針對這類應用，安森美半導體提供 LIN / CAN 收發器，如 NCV7321、NCV7342，這些器件都符合 IEC61000-4-2 標準，其中 NCV7342 的系統 ESD 保護能力高於 15kV，短路電流不超過 100mA，提供優異的電磁相容（EMC）性能，甚至無需共模扼流圈。

系統基礎晶片

系統基礎晶片（SBC）是指集成車載網路（如 LIN、CAN、FLEXRAY）、電源（如線性穩壓器、DC-DC 穩壓器）、監控（如看門狗、SPI、狀態、中斷），以及 I/O（如高邊、低邊、LED 等）的系統化晶片方案。安森美半導體用於汽車空調的 SBC 如 NCV7420 / 5 / 8，是集成 LDO 的 LIN 收發器，輸出電流分別為 50mA、150mA、70mA。