多通道栅极驱动器在汽车电动座椅的应用

除非体验过宇宙飞船，否则汽车电动座椅可能是您体验过的最复杂的座椅。它比飞机座椅的调节选项更多，比牙科诊所的就诊椅更加舒适 – 汽车电动座椅提供了奢华的舒适度、便利性和安全性。

无论您是上下前后移动座椅，还是调整腰托，电机都能轻松完成这些操作。除了易于移动的优势之外，功能强大的汽车电动座椅还具有其他优势。例如，风扇和加热器等座椅内功能，甚至可通过降低车内整个温度系统的电力负荷来增大车辆的续航里程。

电动座椅设计趋势

鉴于汽车电动座椅具有多个选件，制造商正在寻找驱动多个电机的方法。设计人员过去常常使用继电器来开关电机电源，但继电器由多个微小的机械部件组成，且转速能力有限。由于继电器存在这些缺点，并且在每次开关时都会发出噪声，因此不适合用于脉宽调制 (PWM) 来控制电机转速。

鉴于集成电路 (IC) 的各种优势（包括更小的尺寸、安静的运行、速度控制和可靠性），现在出现了使用IC代替机电继电器的趋势。借助IC快速、安静的开关，可以使用PWM进行转速控制，从而实现多个电机的平滑运转和同步运行。

继电器驱动型座椅通常是一个继电器仅驱动一个电机，最初的IC设计也沿用了这种模式。在仅有几个电机的系统中，这种复杂性是一种可以被接受的弊端。但是在功能齐全的复杂汽车座椅系统中，将多个电机的驱动电路组合到一起的方式可以带来显著的好处。包括缩减物料清单和通过使用多轴集成驱动器的设计方法实现的更小布板空间。

多通道栅极驱动器解决方案

TI提供专为电动座椅设计的多电机汽车栅极驱动器。DRV8714-Q1和DRV8718-Q1的半桥栅极驱动器分别具有四个通道和八个通道。它们集成了电荷泵、电流检测放大器和可用于多个负载的逻辑电路。一个IC可以控制多达七个不同的电机或电机和加热器的组合，从而减少了座椅模块所需器件的数量。

图1显示了DRV8714-Q1通过共用半桥驱动来控制三个电机，它可以单独操作其中的任何电机，也可以同时运行特定组合。您可以选择最适合电机特性的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，并调整DRV8714-Q1的寄存器以优化性能。

图1：由DRV8714-Q1汽车栅极驱动器驱动的三电机座椅

驱动灵活性

凭借多达八个的半桥驱动器通道，DRV8718-Q1能够灵活地使用合适数量的MOSFET来驱动双向电机、单向电机（如风扇）和非电机负载（如加热器）；其中，每个MOSFET专为特定的负载量身定制。

图2显示了控制四个座椅电机、一个风扇和一个加热器的DRV8718-Q1。风扇（单向旋转）仅需要一个半桥，而加热器仅需要一个高边MOSFET，从而使设计减少了外部晶体管的数量 – 这一切都归功于多通道栅极驱动器的灵活性。

图2：驱动多个电机、一个加热器和一个风扇的DRV8718-Q1汽车栅极驱动器

由于可以灵活地选择每个最适合相应负载的外部MOSFET，因此低漏源通态电阻MOSFET能够被用来提高大电流应用中的热性能。DRV8718-Q1系列通过调整栅极电流来控制转换压摆率，有利于提高电磁兼容性。您还可以通过更改MOSFET来使座椅模块适应各种电机，无需改变整体设计。

简化的接口

单芯片的另一个优点是可以显著减少发送到微控制器(MCU)的信号。MCU只需使用四个引脚（使用串行外设接口 [SPI]），即可通过单个DRV8718-Q1控制多达八个半桥，甚至在菊花链配置中控制更多通道，如图3所示。这种控制包括每个半桥的参数设置、晶体管的独立或协调控制以及诊断监控。

图3：使用从MCU到DRV8718-Q1汽车栅极驱动器的菊花链配置控制16个半桥

统一控制可减少 MCU 的工作量。只需一条命令，MCU 即可启用所有驱动器；通过一次寄存器读取，MCU 可以判断是否有电机出现故障。后续的 SPI 读取可以确定发生故障的通道和详细信息（如需要）。

结语

汽车电动座椅持续提供更高的舒适性和便利性。不过，要驱动其电机，还需要解决一些设计挑战。多通道栅极驱动器可以将多个通道集成到单个芯片中，并提供诊断和电流检测放大器等功能，从而帮助解决这些难题。DRV8718-Q1 多通道栅极驱动器可提供灵活、紧凑的解决方案，有助于实现汽车座椅的最新功能。

其他资源：

更多有关汽车电动座椅的信息，请参阅以下技术文章：

“实现驾驶员座椅创新：现代电动座椅最重要的技术是什么？”

“为什么还在用继电器来驱动汽车电机？”

查看应用手册“可在汽车应用中驱动有刷直流电机的继电器替代产品”。

审核编辑：汤梓红