探索多通道柵極驅(qū)動器在汽車電動座椅中的優(yōu)勢

除非你乘坐宇宙飛船，否則汽車電動座椅可能是你坐過的最復雜的椅子。汽車電動座椅比飛機座椅更可調(diào)節(jié) - 并且比牙醫(yī)椅更舒適 - 汽車電動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、前后移動座椅，還是調(diào)整腰部支撐，電機都能讓這些操作變得輕松。除了易于運動的優(yōu)勢外，功能強大的汽車電動座椅還具有其他優(yōu)勢。例如，風扇和加熱器等座椅內(nèi)功能甚至可以通過降低整個車廂溫度系統(tǒng)的電力負載來擴展車輛的行駛里程。

電動座椅設計趨勢

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

考慮到集成電路 (IC) 的優(yōu)勢，包括更小尺寸、安靜運行、速度控制和可靠性，一種趨勢從機電繼電器轉(zhuǎn)向集成電路 (IC)。IC 的快速、靜音開關可使用 PWM 進行速度控制，以提供多個電機的平穩(wěn)運動和同步運動。

繼電器驅(qū)動座椅通常只為每個電機使用一個繼電器，第一個 IC 設計遵循這種模式。只有幾個電機，復雜性損失是可以容忍的。但是，將多個電機的驅(qū)動電路組合到功能齊全的汽車座椅中會帶來顯著的好處，包括減少材料清單和使用多軸集成驅(qū)動器的設計方法導致的更小的電路板空間。

多通道柵極驅(qū)動器解決方案

TI 提供專為電動座椅設計的多電機汽車柵極驅(qū)動器。DRV8714-Q1 和 DRV8718-Q1 分別具有四個和八個通道的半橋柵極驅(qū)動器。它們集成了電荷泵、電流檢測放大器和用于多個負載的邏輯。一個 IC 可以控制多達七種不同的電機或電機和加熱器的組合，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電機的 DRV8714-Q1?？梢詥为毑僮魅魏坞姍C或同時運行特定組合。我們可以選擇金屬氧化物半導體場效應晶體管 (MOSFET) 以最佳匹配電機特性，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)動器驅(qū)動的三電機座椅

提高靈活性

憑借多達 8 個通道的半橋驅(qū)動器，DRV8718-Q1 的靈活性支持使用正確數(shù)量的 MOSFET 驅(qū)動雙向電機、單向電機（如風扇）和加熱器等非電機負載，每個 MOSFET為特定負載量身定制。 

圖 2 顯示了一個 DRV8718-Q1 控制四個座椅電機以及一個風扇和一個加熱器。風扇（單向旋轉(zhuǎn)）只需要一個半橋，而加熱器只需要一個高側 MOSFET，從而減少了外部晶體管的數(shù)量——這一切都歸功于多通道柵極驅(qū)動器的靈活性。

圖 2：DRV8718-Q1 汽車柵極驅(qū)動器驅(qū)動電機、加熱器和風扇

由于可以靈活地選擇每個外部 MOSFET 以最適合相應的負載，因此可以使用低漏源導通電阻 MOSFET 提高大電流應用中的熱性能。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各種電機，而無需改變整體設計。

簡化的界面

單芯片的另一個優(yōu)點是可以顯著減少到微控制器 (MCU) 的信號。只有四個引腳（使用串行外設接口 [SPI]），MCU 可以通過單個 DRV8718-Q1 控制多達八個半橋，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半橋設置參數(shù)、晶體管的獨立或協(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)動器的菊花鏈配置控制 16 個半橋

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)動器；通過讀取一個寄存器，MCU 可以判斷是否有任何電機出現(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信息。

結論

汽車電動座椅繼續(xù)提供更大的舒適性和便利性。然而，驅(qū)動他們的電機會帶來一些設計挑戰(zhàn)。多通道柵極驅(qū)動器通過將許多通道集成到單個芯片中以及診斷和電流檢測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)動器提供靈活、緊湊的解決方案，以適應汽車座椅的最新功能。