探索多通道柵極驅(qū)動(dòng)器在汽車電動(dòng)座椅中的優(yōu)勢(shì)

除非你乘坐宇宙飛船，否則汽車電動(dòng)座椅可能是你坐過的最復(fù)雜的椅子。汽車電動(dòng)座椅比飛機(jī)座椅更可調(diào)節(jié) - 并且比牙醫(yī)椅更舒適 - 汽車電動(dòng)座椅提供了豪華的舒適度、便利性和安全性。

無論我們是上下、前后移動(dòng)座椅，還是調(diào)整腰部支撐，電機(jī)都能讓這些操作變得輕松。除了易于運(yùn)動(dòng)的優(yōu)勢(shì)外，功能強(qiáng)大的汽車電動(dòng)座椅還具有其他優(yōu)勢(shì)。例如，風(fēng)扇和加熱器等座椅內(nèi)功能甚至可以通過降低整個(gè)車廂溫度系統(tǒng)的電力負(fù)載來擴(kuò)展車輛的行駛里程。

電動(dòng)座椅設(shè)計(jì)趨勢(shì)

鑒于汽車電動(dòng)座椅的選擇數(shù)量眾多，制造商正在尋找驅(qū)動(dòng)多個(gè)電機(jī)的方法。設(shè)計(jì)人員傳統(tǒng)上使用繼電器來切換電機(jī)電源，但繼電器由幾個(gè)微小的機(jī)械部件組成，速度能力有限。這些缺點(diǎn)，加上繼電器每次切換時(shí)發(fā)出的噪音，使它們不適合用于控制電機(jī)速度的脈沖寬度調(diào)制 (PWM)。

考慮到集成電路 (IC) 的優(yōu)勢(shì)，包括更小尺寸、安靜運(yùn)行、速度控制和可靠性，一種趨勢(shì)從機(jī)電繼電器轉(zhuǎn)向集成電路 (IC)。IC 的快速、靜音開關(guān)可使用 PWM 進(jìn)行速度控制，以提供多個(gè)電機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)和同步運(yùn)動(dòng)。

繼電器驅(qū)動(dòng)座椅通常只為每個(gè)電機(jī)使用一個(gè)繼電器，第一個(gè) IC 設(shè)計(jì)遵循這種模式。只有幾個(gè)電機(jī)，復(fù)雜性損失是可以容忍的。但是，將多個(gè)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路組合到功能齊全的汽車座椅中會(huì)帶來顯著的好處，包括減少材料清單和使用多軸集成驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)方法導(dǎo)致的更小的電路板空間。

多通道柵極驅(qū)動(dòng)器解決方案

TI 提供專為電動(dòng)座椅設(shè)計(jì)的多電機(jī)汽車柵極驅(qū)動(dòng)器。DRV8714-Q1 和 DRV8718-Q1 分別具有四個(gè)和八個(gè)通道的半橋柵極驅(qū)動(dòng)器。它們集成了電荷泵、電流檢測(cè)放大器和用于多個(gè)負(fù)載的邏輯。一個(gè) IC 可以控制多達(dá)七種不同的電機(jī)或電機(jī)和加熱器的組合，從而減少了座椅模塊所需部件的數(shù)量。

圖 1 顯示了使用共享半橋控制三個(gè)電機(jī)的 DRV8714-Q1。可以單獨(dú)操作任何電機(jī)或同時(shí)運(yùn)行特定組合。我們可以選擇金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (MOSFET) 以最佳匹配電機(jī)特性，并調(diào)整 DRV8714-Q1 的寄存器以優(yōu)化性能。

圖 1：由 DRV8714-Q1 汽車柵極驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的三電機(jī)座椅

提高靈活性

憑借多達(dá) 8 個(gè)通道的半橋驅(qū)動(dòng)器，DRV8718-Q1 的靈活性支持使用正確數(shù)量的 MOSFET 驅(qū)動(dòng)雙向電機(jī)、單向電機(jī)（如風(fēng)扇）和加熱器等非電機(jī)負(fù)載，每個(gè) MOSFET為特定負(fù)載量身定制。 

圖 2 顯示了一個(gè) DRV8718-Q1 控制四個(gè)座椅電機(jī)以及一個(gè)風(fēng)扇和一個(gè)加熱器。風(fēng)扇（單向旋轉(zhuǎn)）只需要一個(gè)半橋，而加熱器只需要一個(gè)高側(cè) MOSFET，從而減少了外部晶體管的數(shù)量——這一切都?xì)w功于多通道柵極驅(qū)動(dòng)器的靈活性。

圖 2：DRV8718-Q1 汽車柵極驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)電機(jī)、加熱器和風(fēng)扇

由于可以靈活地選擇每個(gè)外部 MOSFET 以最適合相應(yīng)的負(fù)載，因此可以使用低漏源導(dǎo)通電阻 MOSFET 提高大電流應(yīng)用中的熱性能。DRV8718-Q1 系列通過調(diào)整柵極電流來控制轉(zhuǎn)換壓擺率，從而提高了電磁兼容性。我們還可以通過更改 MOSFET 來使我們的座椅模塊適應(yīng)各種電機(jī)，而無需改變整體設(shè)計(jì)。

簡(jiǎn)化的界面

單芯片的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以顯著減少到微控制器 (MCU) 的信號(hào)。只有四個(gè)引腳（使用串行外設(shè)接口 [SPI]），MCU 可以通過單個(gè) DRV8718-Q1 控制多達(dá)八個(gè)半橋，或者菊花鏈配置中的更多通道，如圖 3 所示。這種控制包括為每個(gè)半橋設(shè)置參數(shù)、晶體管的獨(dú)立或協(xié)調(diào)控制以及診斷監(jiān)控。

圖3：使用從 MCU 到 DRV8718-Q1 汽車柵極驅(qū)動(dòng)器的菊花鏈配置控制 16 個(gè)半橋

統(tǒng)一控制減少了MCU的工作量。只需一條命令，MCU 即可啟用所有驅(qū)動(dòng)器；通過讀取一個(gè)寄存器，MCU 可以判斷是否有任何電機(jī)出現(xiàn)故障。如果需要，后續(xù)的 SPI 讀取可以確定故障通道和詳細(xì)信息。

結(jié)論

汽車電動(dòng)座椅繼續(xù)提供更大的舒適性和便利性。然而，驅(qū)動(dòng)他們的電機(jī)會(huì)帶來一些設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。多通道柵極驅(qū)動(dòng)器通過將許多通道集成到單個(gè)芯片中以及診斷和電流檢測(cè)放大器等功能來幫助解決這些挑戰(zhàn)。DRV8718-Q1 多通道柵極驅(qū)動(dòng)器提供靈活、緊湊的解決方案，以適應(yīng)汽車座椅的最新功能。