如何设计汽车点火控制

点火系统
　　汽车行业使用的点火系统控制，通常为16或32位微控制器，内含ASIC电路，用来执行点火控制。例如Cypress的PSoC系列，其提供一个微控制器与可编程逻辑来控制与管理汽车内部的各项功能与特色。当驾驶员使用点火钥匙发动汽车时，输入信号就传送到微控制器，然后发动三相无刷汽车马达。微控制器还会通过CAN收发器接收驾驶员发出的汽车转向角度、监控转矩传感器、以及车辆输入信号，驱使车辆行走。PSoC 微控制器把驱动电路设计在可编程逻辑中，并以驾驶员要求的速度，驱动三相无刷汽车马达。马达速度会通过驾驶员输入的加速刹车传感器进行控制 (速度会随时间改变)。

　　微控制器使用内部或外部串行EEPROM(I2C/SPI)来储存距离等数据。微控制器的RTC则提供精准的时间数据，显示在屏幕上供驾驶员参考。温度监控是由内建RTD或热敏电阻等温度检测组件来完成的。

　　还有其他功能，例如使用障碍传感器在停车时获得车辆周围信息，由燃油传感器提供有关引擎中剩余燃油的信息，监控电池输入并在液晶屏幕上显示其状态，以及继电驱动器电路用来切换刹车灯/前大灯以及转向灯。

　　电源子系统包含一个可充式铅酸/锂电池，作为电源之用。子系统还实现了电池充电器。电池输入经过降压转换成直流电压，供微控制器与其他电路使用。驾驶员可利用点火钥匙发动与关闭汽车内置变压器。电源子系统还实现了许多保护机制，例如过压、过热、以及发动失败状况。还可为手机等外部设备提供充电功能。

实施点火控制系统

　　PSoC 结合了32位微控制器、可编程逻辑、高性能模拟数字转换功能、以及常用的固定功能外围组件。其ARM Cortex-M3微处理器核提供高达256KB的闪存、64KB的SRAM、以及2KB的内置EEPROM。

　　点火控制系统使用6个板上N-Channel MOSFET和门驱动电路，用来驱动三相无刷马达。包括一个内部PWM、时钟、多任务器、以及比较器，负责驱动与控制三相无刷马达。16位PWM用来驱动控制马达用的FET型闸极驱动电路(PWM的占空系数会随着系统与驱动器要求的速度调整) 。

　　内部PGA、比较器以及内含取样保持(S/H)功能的12位1MSPS SAR ADC，通过改变PWM的占空系数来控制马达速度。还可用作测量传感器输入，例如电池监控和低成本温度检测，或是使用热敏电阻或RTD等温度检测组件; 建置一个障碍传感器和燃油传感器。由于这些功能已整合到MCU，因此不需要外部放大器或比较器。

　　另外，点火子系统中的MCU还能直接驱动喇叭、刹车灯/前灯、方向灯等组件使用的继电器，还能直接驱动液晶屏幕，以显示温度读数、电池状态、行车速度、距离、以及错误/警告信息。PSoC工作电压为1.71至5.5伏特，容易连接外部外围组件，以支持其他应用。

　　在使用可充式铅酸/锂电池作为电源时，PSoC这类微控制器会利用内建降压器来调整输入电压，最低能支持1.71伏的工作电压，通过超低功耗工作模式来达到更长的电池寿命。

　　使用PSoC Creator IDE 工具，用户可在同一开发环境中设计所有接口与逻辑功能。PSoC Creator为马达驱动应用设计提供了一个现成的组件模块库，例如PWM、CLK、MUX以及比较器等组件。其他组件还包括直接驱动式字符与字段LCD、CAN协议接口、实时量测用的RTC组件以及内部系统时钟(不需外部时钟/震荡器电路)。

　　用户还能充分运用整个工具资源，包括整合编译程序工具链、实时操作系统解决方案、以及量产编程器。使用PSoC Creator，可运用阶层式原理图设计，开发与分享各种由使用者自行定义的客户化外围组件。也可以自动执行特定组件的布局布线，并整合简单的电路逻辑(通常位于分立的多任务器内)。

　　点火控制系统中的过流保护，用来关闭负责驱动PWM的马达，从而停止马达运转。PSoC拥有通过比较器触发PWM Kill信号的功能，在侦测到过流状况时，能快速且可靠地终止马达驱动。这个模块的输入来自总线电流，而截止参考值是马达消耗电流的最大值。总线电流输入会传送给比较器，然后再由DAC调整与设定截止参考值。若总线电流低于参考门限，比较器的输出就会设定在高位，并输出连结到PWM “KILL”信号的输入。当这个 “KILL”输入处于高位时，PWM输出就会关闭，以防止马达损坏。使用PSoC Creator实现这个完整模块，点火控制系统的设计人员不必撰写任何额外的固件。

无感马达控制

　　无感马达控制系统不需要霍尔传感器，它采用反电动势通过正零交越点的侦测技巧来控制马达转动。当马达转动时，每个线圈都会产生一个电压，称为反电动势(Back EMF)，和供应至线圈的主电压方向相反。反电动势的极向和用来对线圈激励的电压方向相反，和马达速度成正比。