剖析车用LIN控制交流发电机稳压器TC80310

在汽车使用过程中，经常由于外界因素和内部参数变化的影响而导致汽车速度不稳定，影响汽车的运行质量，严重时还会产生不良后果。为此应在汽车供电线路中安装交流发电机稳压器，以改善和消除上述现象。TC80310是一款单片式交流发电机稳压器集成电路（IC）。

能与本地互联网络（LIN）集成，为汽车交流发电机提供增强型控制功能。交流发电机制造商可以利用IC可编程这一特性控制电池调节电压，以便在汽车的整个生命周期优化整体性能和电池使用寿命。独特的自启动工作模式可以使电机作为启动发电一体机，应用在汽车启停系统上。

1 芯片介绍

80310引脚功能及外围电路如图1所示。

内部结构示意图如图2所示。80310由B+A引脚提供电压。这个电压也是控制电路的反馈电压。VP1和VP2是分别来自于PH1和PH2相信号。两信号压差为相电压，当相电压大于0.45V时为有效。当VP1》8V且VP21V时产生内部脉冲信号P1_AND_P2（CLK Phase），可反应当前相频率。IC通过MOSFET的高侧提供电流给交流发电机的励磁线圈。

芯片内部提供一续流二极管，保持汽车的电池电压在设定值，并且输出电流（高达8.0A）给电力设备。ADC用于电压、电流、热反馈中的模数转换。POR（Power On Reset）模块的目的是给主逻辑产生一个电启动信号。能隙模块为其他模块提供电压电流。IC可以通过OTP（One Time Programmable）编程（出厂时一次性写入），以适应多种发电机和设备。

80310有一个工业级LIN协议接口（1.3版）。这使ECU可以调节发电机的目标电压（10.6～16V）、LRC斜坡时间、LRC禁止频率和励磁限流。 ECU也能通过LIN读取Die温度、励磁电流、EXC占空比（DF）、产品信息和多种错误信息。一旦实现了LRC禁用频率，充电系统将提供更加快速的响应。当发动机处于低转速时，突发的电气负载需求增加会导致突发扭矩负载，LRC消除了由此而导致的发动机速率震荡和振动。

2 工作模式

2.1 LIN模式

在等待状态时，在未检测到有效的相电压的前提下，Master可以通过LIN发送控制信号唤醒80310可以进入LIN模式（从机地址为#39或#2B）。工作状态如图3所示。

当80310诊断Master的命令有效（发电机目标电压不等于10.6 V且无错误信号）时，进入预励磁状态。此时，若B+A的电压低于目标电压，预励磁为占空比13.5%的PWM，否则占空比为4.1%。预励磁的目的是增强发电机的磁化，以保证发动机启动时发电机转子最小相电压。当相速度达到800RPM时，进入LRC控制。

在LRC控制下，80310控制励磁的占空比逐渐增大，调节发电机的输出电压至设定电压。此时相频率和输出电压随着励磁的增加而增加。当相频率达到2400RPM，并且输出电压达到目标电压，则进入无LRC调节控制。这时，80310控制励磁的占空比不变，输出电压稳定。如果相频率低于2400RPM，80310重新回到LRC模式。如果相频率低于500RPM，则退出LRC控制，进入预励磁模式。

在LRC和无LRC控制周期中，如果上一个周期内相电压低于8 V，则进入重复调节模式，直到高相电压出现。此时励磁占空比为100%。在第8个周期结束时，如果还没出现高相电压，则返回上一状态。

若总线上超过3 s无LIN控制信号，则自动进入自启动的工作模式。

LIN模式的标准工作状态下，相电压、励磁和电池电压的示意图如图4所示。

2.2 自启动模式

在等待状态时，先检测到有效的相电压而非LIN信号，则80310被唤醒进入自启动模式。在唤醒后100 ms内，若检测相频率大于3 000 rpm，80310提供占空比为100%的励磁。否则返回等待状态，等待下一次被唤醒。若100%的励磁使电机在100 ms内启动，则进入预励磁状态，之后的工作状态与LIN模式相同，目标电压默认为13.8 V。如果电机未能启动，则返回等待状态，等待被唤醒。

这一模式中芯片提供了100%的励磁，使电机可以自启动。通过改变电机控制电路的电流方向，就可以使电机在发电机和电动机直接切换。这样电机就可以作为启动发电一体机。处在自启动模式时，一旦检测到有效地LIN控制信号，就进入LIN模式。3 s内无LIN控制信号则再次按照自启动模式的工作方式。

对于轻型轿车，自启动模式基本可以满足汽车正常启动和行驶中对电机的要求。但当能量回馈时，电机工作在发电模式，并需要一个更大的转矩来回收能量，这时LIN模式能快速的帮助能量的回收。

2.3 其他工作模式

当电池输出电压为10.6～16 V时，80310工作在正常模式（LIN模式和自启动模式）。大于16 V时，80310给予最小PWM占空比（4.1%）的励磁。并在电压大于16.5 V时过压错误检测。大于21 V卸载保护，关闭励磁。小于10.6 V时，给予最大励磁。低于5.0 V，逻辑复位。

3 典型应用

80310适用于6相无刷直流电机。按照应用电路搭建实验环境，分别测试LIN模式和自启动模式。图5为LIN模式下，目标电压设为14.7 V，系统达到稳定状态即无LRC调节时的波形。此时，B+A的电压约等于目标电压14.7 V，励磁占空比稳定在44.4%。

4 结束语

TC80310通过与ECU之间的单线LIN连接，使电机的可控性提高、电池电压稳定、系统更加安全。

编辑：jq