安森美半导体汽车自适应前照灯系统步进电机驱动方

图5：控制要素

SLA(速度负载模拟)信号是由SLA引脚采样和提供的信号，可应用于电机堵转和共振特性检测。成功的设计需要理解Vbemf(反电动势)信号的特性。Vbemf与电机线圈绕组电流(ICOIL)相位延迟的信号被称为负载角。反电动势的幅值随转子速度和负载角的变化受电机负载条件的影响。当线圈中无电流状态( =电流过零点)时，Vbemf是可见的，如图6。

图6：SLA信号特性

SLA信号具有共振反馈特性，它是由电机机械结构和灯具共振产生的，实践中可以通过检测不同速度下的电机和灯具共振点来予以避免。

图7是AFSNCV70522方案简化的驱动电路，NCV70522有内置的LDO电源输出，可供MCU选择。该方案采用SPI通信，因此在设计中需要注意I/O口的控制，如NXT信号、DIR信号及ERROR信号状态读取。由于SLA信号是一个模拟信号，应该连接到MCU的AD管脚上;SLA信号的串联电阻和并联电容、LC滤波电路的阻值和容值一定要非常准确;另外，SLA信号在布板图中一定要使用最简化、最直接的布线。

图7：AFSNCV70522方案简化驱动电路

复位AFSNCV70522芯片时，CLR引脚为0，芯片为正常模式;复位芯片需要将CLR引脚设置为1;复位后芯片内部寄存器值被清除成初始化值。设置输出电流时，可以利用芯片提供的多种输出电流模式，通过SPI对寄存器CUR[4:0] 设定来选择;更改后的电流会在下一个PWM周期更新。芯片提供从整步到32微步共7种模式选择，可以通过SPI对寄存器SM[2:0] 设定来选择步幅模式设置。电机运行的使能可通过SPI设定MOTEN比特位来实现。用NXT信号可控制电机步位置，更改电流表对应的步位置输出相应Ix和Iy;即使在电机运转没有启用时，步位置一样可改变，只是Ix和Iy不输出;寄存器NXTP标志位设定决定了NXT的上升沿或下降沿的采集。

堵转的判定对AFS系统非常复杂，也非常重要。在AFS NCV70522应用堵转判定方法中，电机运转速度(Fstep/s) = NXT频率/微步数;NXT脉冲每产生一次，步位置被改变1次，当微步越精密，需要的NXT越多，电流表变化的周期越长。电机微步模式被设定后，我们可通过NXT的频率来调整电机运转速度。在堵转检测时，SLA引脚提供了一个输出电压，表示反电动势电机水平的电压。这个反电动势电压能在每个过零点进行采样，每个线圈电流存在2个过零点位置，所以在每个电气周期内共存在4个可观测的过零点电流区间。通过读取step位置，即可得到过零点信息，在两个过零点中间采集BEMF，此时更加稳定准确。SLA反馈因电机运转速度和机械负载而不同，所以每个方案都需要对正常运行和堵转运行的SLA进行对比，以确定堵转的检测条件。

通常，如果4个“线圈电流过流点”中有2个SLA电平低于1.5 V，那么就处于堵转状态。另外，需要连续2个以上的SLA波形图来判断堵转，电气周期都认定为堵转才是真正的堵转，因为一些灯具结构的塑料件毛刺问题可导致存在一定摩擦，会影响堵转的判断。

总结

汽车自适应前照明系统的光束旋转有助于优化能见度曲线，可根据实时情况调整光束。而步进电机是AFS首选的控制器。安森美半导体身为领先的半导体解决方案供应商，一直在利用其先进汽车工艺技术为汽车照明应用提供各种标准产品和定制器件。包括上述各种AFS步进电机驱动器方案在内，安森美半导体的汽车应用产品均符合汽车可靠性和温度等规范和环保要求，并满足人们对车内照明控制、前照灯、后组合灯、雾灯、示廓灯，尤其是新光源等方面越来越高的要求，让驾驶者充分体验到驾乘的舒适性和乐趣。