基于集成芯片的ABS驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

裴曉飛 劉昭度

摘 要:隨著汽車電子市場的細(xì)分,許多專業(yè)級(jí)的芯片被推出,先進(jìn)的高度集成芯片TLE6210和L9349就是專為汽車ABS開發(fā)的。主要介紹基于集成芯片的ABS控制器驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)。利用高低端控制及高低電源驅(qū)動(dòng)方式,以及實(shí)時(shí)故障診斷和自保護(hù)功能,完全滿足ABS執(zhí)行機(jī)構(gòu)電機(jī)和電磁閥的驅(qū)動(dòng)要求。與以往分立方案相比,該集成方案還降低了ECU硬件成本,減少了PCB板的面積,增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。

關(guān)鍵詞:ABS;驅(qū)動(dòng)電路;TLE6210;L9349

中圖分類號(hào):U463;TN710 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

文章編號(hào):1004-373X(2009)12-007-03

Design of Drive Circuit for ABS Controller Based on IC

PEI Xiaofei,LIU Zhaodu

(School of Mechanical and Vehicular Engineering,Beijing Institute of Technology,Beijing,100081,China)

Abstract:With the development of electron market,many professional-chips are introduced,high integrated IC TLE6210 and L9349 are designd specially for ABS application.Design of drive circuit for ABS controller based on the IC is given in this paper,by applying the methods of high and low side driving,high and low driving voltage,fully satisfies the require for solenoid valve and motor of ABS.At the same time,real-time fault diagnose circuit and self-protecting circuit are also realized.Compared with the previous separated programme,the hardware cost is lower and PCB room is reduced,but the system reliability can be improved.

Keywords:ABS;drive circuit;TLE6210;L9349

0 引 言

ABS作為如今汽車上必備的安全電子設(shè)備,其功能越來越受到人們的重視。ABS系統(tǒng)通過電磁閥和回油泵來完成對制動(dòng)器中輪缸壓力的精細(xì)調(diào)節(jié),以防止過度制動(dòng)使車輪抱死。由于ABS工作環(huán)境十分惡劣,為保證電磁閥和電機(jī)響應(yīng)的高效性和可靠性,除了與執(zhí)行機(jī)構(gòu)本身的參數(shù)相關(guān)外,對驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)也直接決定了驅(qū)動(dòng)的品質(zhì)[1-3]。

當(dāng)今汽車電子市場異常火熱,競爭十分激烈。各大集成芯片公司,如ST,Freescale,Infineon均設(shè)計(jì)ABS的專用集成芯片,提出了自己的ABS解決方案。該芯片就像一個(gè)黑匣子,方便了電路的設(shè)計(jì)過程,并且由于其高度集成性,使電路更簡明,可靠性更高,代表了未來電路設(shè)計(jì)的方向[4,5]。

1 ABS驅(qū)動(dòng)電路的集成化方案

ABS驅(qū)動(dòng)電路的集成化方案如圖1所示,選用TLE6210作直流電機(jī)和電磁閥總開關(guān)的高端驅(qū)動(dòng),選用L9349作為8個(gè)電磁閥(4進(jìn)4出)的低端驅(qū)動(dòng)。ABS控制器通過PWM控制,改變電磁閥線圈的電流通斷和頻率通斷,以實(shí)現(xiàn)車輪制動(dòng)的輪缸增壓、保壓和減壓操作;當(dāng)電磁閥ABS減壓閥打開進(jìn)行減壓時(shí),回油泵能使輪缸中的制動(dòng)液返回制動(dòng)主缸,以便在下個(gè)控制周期中使用;電磁閥的高邊總開關(guān)用來控制電磁閥的供電電路,若ABS系統(tǒng)發(fā)生故障,斷開電源使下面掛的8個(gè)電磁閥都不動(dòng)作,恢復(fù)常規(guī)制動(dòng)。

TLE6210是Infineon公司推出的專門針對ABS的系統(tǒng)級(jí)管理器件[6],由于集成度高,提高了設(shè)計(jì)的可靠性,并大幅度降低了ECU的硬件成本。TLE6210除了能夠高端驅(qū)動(dòng)電磁閥和電機(jī)外,還高度集成了5 V線性電源、看門狗監(jiān)視電路、故障指示燈驅(qū)動(dòng)、復(fù)位電路,所以完全能滿足ABS設(shè)計(jì)的需要。TLE6210還有過壓、欠壓復(fù)位功能,并有過溫和過流自保護(hù)。

L9349是ST公司設(shè)計(jì)的ABS專用電磁閥驅(qū)動(dòng)芯片[7]。它具有4路獨(dú)立的控制通道,且每個(gè)通道帶有獨(dú)立的狀態(tài)反饋端,與控制輸入端一起構(gòu)成完善的內(nèi)嵌式實(shí)時(shí)故障診斷功能,能快速準(zhǔn)確地識(shí)別負(fù)載輸出端的短路、開路、過載、過溫等臨時(shí)故障。同時(shí),芯片內(nèi)部集成的相應(yīng)硬件自保護(hù)功能,大大方便了元件的應(yīng)用。由于同時(shí)降低了輸出引腳的EMI特性,非常適合在汽車殘酷的工作環(huán)境中使用。

圖1 ABS集成型驅(qū)動(dòng)方案

2 基于TLE6210的高端驅(qū)動(dòng)電路

由于TLE6210功能實(shí)在強(qiáng)大,這里僅介紹其作為功率驅(qū)動(dòng)部分的用途。TLE6210內(nèi)置有電荷泵,電磁閥和電機(jī)驅(qū)動(dòng)引腳均為集電極開路,能提供500 mA的輸出電流,在外接功率MOSFET作為開關(guān)元件后,完全能滿足高端驅(qū)動(dòng)的要求。圖2給出了TLE6210應(yīng)用于高端驅(qū)動(dòng)電路的原理圖。

圖2 TLE6210高端應(yīng)用電路

電磁閥高邊總開關(guān)的輸出引腳為VR,當(dāng)ABS系統(tǒng)上電復(fù)位或看門狗給出控制信號(hào),輸出腳即切換到ON狀態(tài),這樣符合ABS實(shí)際工作的邏輯,也保證了當(dāng)ABS系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí),可迅速地退出對電磁閥的控制,恢復(fù)到常規(guī)制動(dòng)。芯片的MRA腳為控制信號(hào)輸入端,輸出引腳MR驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)。當(dāng)MCU的I/O口給MRA腳一高電平時(shí),外接的MOSFET導(dǎo)通,直流電機(jī)實(shí)現(xiàn)回油功能。由于電磁閥和電機(jī)為感性負(fù)載,還需要外接反向續(xù)流二極管。芯片的驅(qū)動(dòng)部分具有過溫保護(hù),過流保護(hù)和短路保護(hù),當(dāng)出現(xiàn)上述故障情況時(shí),能自動(dòng)關(guān)閉芯片,故有很強(qiáng)的自保護(hù)特性。

基于TLE6210芯片的高度集成化方案,不僅能大大簡化電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和電磁閥前驅(qū)電路,還能使整個(gè)控制器所需分立芯片數(shù)大為減少,PCB板體積也更小,降低了成本,增強(qiáng)了控制器的可靠性[8]。

3 基于L9349的電磁閥驅(qū)動(dòng)

經(jīng)實(shí)驗(yàn)測得,一般ABS壓力調(diào)節(jié)器的4個(gè)常開進(jìn)油電磁閥的最大起動(dòng)電流約為3.6 A;4個(gè)常閉出油電磁閥最大起動(dòng)電流約為2.4 A[9,10]。而L9349的工作電壓4.5~32 V,兩路通道內(nèi)阻0.2 Ω,最大負(fù)載電流3 A;另兩路內(nèi)阻0.3 Ω,最大負(fù)載電流5 A,恰好能滿足ABS常開和常閉電磁閥的驅(qū)動(dòng)電流要求,而且較低的導(dǎo)通內(nèi)阻又能保證低功耗,因此L9349非常適合進(jìn)行ABS電磁閥的驅(qū)動(dòng)控制。電磁閥驅(qū)動(dòng)電路原理圖見圖3。

圖3 電磁閥驅(qū)動(dòng)電路原理圖

在圖3中,每片L9349能驅(qū)動(dòng)4個(gè)電磁閥工作,屬于典型的低端驅(qū)動(dòng)。通過Vs端口給芯片提供12 V供電電壓;當(dāng)給輸入端IN1~IN4 PWM控制信號(hào),就能方便地控制輸出端以驅(qū)動(dòng)4路電磁閥工作,OUT1和OUT2端口的最大驅(qū)動(dòng)能力為5 A,應(yīng)該連接ABS的常閉電磁閥;OUT3和OUT4端口最大驅(qū)動(dòng)能力為3 A,應(yīng)連接ABS常開電磁閥,不可接反;EN端口為使能端,能通過MCU快速關(guān)閉芯片;L9349的數(shù)字地和模擬地分開,提高了驅(qū)動(dòng)模塊的抗干擾能力。

D1~D4是故障診斷引腳,必須外接上拉電阻才能使用,電路正常工作時(shí),該引腳為邏輯高電平,若有故障發(fā)生,即會(huì)自動(dòng)置為邏輯低電平。通過對各獨(dú)立通道的輸入控制端和狀態(tài)反饋端進(jìn)行邏輯組合,可實(shí)時(shí)識(shí)別出輸出端的工作狀態(tài),并立即做出相應(yīng)的措施,包括退出ABS功能,點(diǎn)亮故障顯示燈,傳輸故障碼。

功能真值表見表1。

表1 電磁法驅(qū)動(dòng)故障真值表

工作條件使能端EN輸入端IN輸出端OUT反饋端DIAG

對地短路

低×關(guān)低

高低關(guān)低

高高開高

對地旁路低×關(guān)高

開路高低關(guān)高

過溫 (Tjtyp≥190 ℃)高高開低

過載

××關(guān)低

高高關(guān)低

失地通道開×低關(guān)高

失地通道關(guān)高高關(guān)低

4 結(jié) 語

當(dāng)前在ABS設(shè)計(jì)中普遍采用的電磁閥驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)均以功率MOSFET為主,輔之以保護(hù)回路,隔離措施等以保證其可靠性,還要設(shè)計(jì)專門的自診斷回路以進(jìn)行故障檢測。雖然在具體電路的設(shè)計(jì)上分立方案有一定的靈活性,但成本和PCB空間的耗費(fèi)較高;本方案采用ABS專用集成芯片TLE6210和L9349,集驅(qū)動(dòng)和監(jiān)測功能于一身,應(yīng)用于ABS系統(tǒng)中能降低功耗,便于故障檢測,提高可靠性,大大改善了整個(gè)系統(tǒng)的性能。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介 裴曉飛 男,1985年出生,湖北武漢人。研究方向?yàn)槠囍鲃?dòng)安全技術(shù)。