在當今的汽車設計中
，空調已是標準的舒適性配置。從功能上講，當今的汽車空調實際上是將加熱
、製冷及通風等功能一體化，成為汽車加熱、通風空調(HVAC)係統(本文將簡稱為“汽車空調”)。從調節方式講
，汽車空調包括手動空調、半自動空調及自動空調。本文將專門圍繞汽車自動空調進行探討，介紹安森美半導體相應的電源供電、電機驅動及分立元件等方案，幫助設計人員選擇適合的產品，用於汽車自動空調設計。

汽車空調係統包含加熱及通風係統、空調製冷及電子控製單元(ECU)等(deng)不(bu)同(tong)子(zi)係(xi)統(tong)。在(zai)加(jia)熱(re)及(ji)通(tong)風(feng)子(zi)係(xi)統(tong)
，新(xin)鮮(xian)空(kong)氣(qi)從(cong)外(wai)部(bu)的(de)管(guan)道(dao)通(tong)向(xiang)車(che)廂(xiang)內(nei)部(bu)，提(ti)升(sheng)乘(cheng)客(ke)的(de)舒(shu)適(shi)性(xing)及(ji)安(an)全(quan)性(xing)。進(jin)入(ru)的(de)空(kong)氣(qi)流(liu)過(guo)小(xiao)的(de)發(fa)熱(re)芯(xin)，連(lian)接(jie)到(dao)發(fa)動(dong)機(ji)的(de)冷(leng)卻(que)係(xi)統(tong)。空(kong)調(tiao)製(zhi)冷(leng)子(zi)係(xi)統(tong)則(ze)通(tong)過(guo)不(bu)斷(duan)蒸(zheng)發(fa)和(he)冷(leng)凝(ning)，將(jiang)車(che)內(nei)的(de)熱(re)量(liang)轉(zhuan)移(yi)到(dao)外(wai)麵(mian)的(de)空(kong)氣(qi)中(zhong)，在(zai)降(jiang)低(di)車(che)內(nei)溫(wen)度(du)的(de)同(tong)時(shi)也(ye)降(jiang)低(di)濕(shi)度(du)。圖(tu)1是典型的汽車自動空調界麵
，圖2則是係統架構圖。

                 
                                             圖1. 典型汽車自動空調用戶界麵

            
                                                                圖2：汽車空調係統架構圖


汽車空調的電源供電
   
如圖2的汽車空調係統架構圖所示，汽車空調係統需要為微控製器(MCU)、各種傳感器
、驅動器、存儲器等供電。常見的汽車電池電壓包括12 V或24 V。如果采用24 V係統供電，則需要高耐壓產品

，加強熱管理
，提升電源能效並控製成本。如果采用12 V係xi統tong供gong電dian，則ze成cheng本ben更geng具ju優you勢shi
，要yao求qiu較jiao低di靜jing態tai電dian流liu及ji采cai用yong優you化hua的de封feng裝zhuang。不bu同tong供gong電dian電dian壓ya也ye涉she及ji到dao不bu同tong的de汽qi車che空kong調tiao電dian源yuan供gong電dian架jia構gou圖tu，如ru下xia圖tu所suo示shi。但dan無wu論lun是shi哪na種zhong架jia構gou，都dou會hui用yong低di壓ya降jiang(LDO)穩壓器將24 V或12 V電壓轉換為5 V。安森美半導體提供陣容豐富的LDO產品

，表1列出的是適合於汽車空調應用的LDO。它們能夠承受高輸入電壓，提供低靜態電流，通過的汽車行業AEC-Q100認證，符合汽車空調應用要求。
 
                 
                                                                圖3：汽車空調電源轉換架構

 

                             表1：安森美半導體應用於汽車空調的LDO穩壓器產品列表

汽車中的外部傳感器必須采用穩定的電源
，即LDO跟隨穩壓器(或稱電壓跟隨器)。這些LDO跟隨穩壓器必須得到充分保護
，以防諸如對地短路、電池短路、電池反接等故障；同時
，其輸出電壓必須與參考電壓高度一致。安森美半導體提供具有完善保護功能的電壓跟隨器NCV8184
，為外部傳感器供電。NCV8184是一款單片LDO跟隨穩壓器，提供可調節的緩衝輸出電壓
，且密切匹配參考輸入電壓(精度達±3 mV)。這器件的輸出電流能力為70 mA，在50 mA電流時的典型壓降僅為0.35 V
；靜態電流僅為70 μA。

用於汽車空調的電機驅動器
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根據不同的地區及不同汽車整車廠的配置需求，汽車空調風門執行器可以采用不同的拓撲結構，如直流電機
、單極性步進電機及雙極性步進電機。

最常見的風門執行器是直流電機，並集成位置傳感器
，將風門位置信號反饋給微控製器。為控製直流電機的正轉或反轉，需要使用2個高邊(HS)開關及2個低邊(LS)開關組成全橋電路。通常情況下
，這些高邊或低邊開關已經集成各種完善的保護，如過壓保護
、過載保護及過溫保護等。在步進電機方麵，單極性步進電機需使用4個低邊開關
，而雙極性步進電機需使用4個高邊開關和4個低邊開關。

 
                                           圖4：汽車空調風門執行器的電機結構及驅動需求

直流電機風門執行器的工作電流一般在100mA左右，最大堵轉電流小於450mA。此外
，需要H橋驅動來改變運行方向。電機驅動器還需要故障診斷報告，且提供足夠的保護功能。安森美半導體的NCV77xx係列器件可用於驅動直流電機風門執行器
，如NCV7718。NCV7718是一款六路半橋驅動器，高、低邊在驅動器芯片內部連接
，並以H橋輸出。這器件以6路PMOS作為高邊驅動，6路NMOS作為低邊驅動，能夠提供0.55 A持續驅動電流，集成了內部續流二極管。NCV7718能以正向
、反向、製動及高阻態工作，能夠通過16位SPI接口控製，帶有專門設計用於汽車及工業運行控製應用的保護功能，如欠壓及過壓鎖定

、過流保護、過溫保護、欠載保護及鑒別故障報告等。

除chu了le直zhi流liu電dian機ji驅qu動dong器qi，安an森sen美mei半ban導dao體ti還hai提ti供gong用yong於yu汽qi車che空kong調tiao的de單dan極ji性xing及ji雙shuang極ji性xing步bu進jin電dian機ji驅qu動dong器qi。安an森sen美mei半ban導dao體ti的de單dan極ji性xing步bu進jin電dian機ji驅qu動dong器qi包bao括kuoNCV7608和NCV7240等。其中，NCV7608是8路高
、低邊可配置驅動器，每通道能提供350 mA驅動電流
，並提供完善的保護功能；NCV7240是8路低邊驅動器，每通道能提供600 mA驅動電流，可采用16位SPI接口控製，也提供完善的保護功能(如開路診斷
、過載保護及過溫保護等)。這兩款器件分別采用SOIC28和SSOP24封裝。
 

圖5：安森美半導體NCV70501及AMIS-30730雙極性步進電機驅動器框圖

安森美半導體用於汽車空調的雙極性步進電機驅動器包括AMIS-30730和NCV70501等。汽車空調的進氣風門需要采用低噪音設計，因為這個執行器是連續工作模式。采用NCV70501這樣的雙極性步進電機驅動器可以實現低噪音。NCV70501通過H橋驅動步進電機，可以通過設置內部寄存器來改變電機的方向和步數等。AMIS-30730則是單芯片智能步進電機驅動器方案，內部包含雙極性步進電機驅動
、微控製器(MCU)內核、LIN接口、ROM、RAM及EEPROM等。

外部負載高邊或低邊驅動器
   
除了風門執行器
，還需要驅動或控製外部負載，如中央電器盒。安森美半導體提供用於外部負載驅動的SmartFET

，可用於高邊或低邊驅動，如NCV8440
、NCV8401/2/3/5/6等低邊驅動器
，以及NCV8450、NCV8452等高邊驅動器。這些SmartFET是帶保護的MOSFET，在功率MOSFET的基礎上增加了多種保護功能及高邊或低邊驅動等。以NCV8452高邊SmartFET為例，這器件的導通阻抗為200 m?，過壓保護等級為41 V，輸出電流限製值為1 A，集成了豐富的保護特性，如短路保護、過載保護、過溫關斷及自動重啟
、內部鉗位二極管過壓保護
、ESD保護 及邏輯電平控製等。

 
                  圖6：汽車空調外部負載的高邊或驅動架構及高邊驅動器NCV8452應用示例


鼓風機用電機驅動器及MOSFET
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鼓風機是汽車空調的重要部分，包含有刷直流電機及無刷直流電機等不同驅動類型。采用有刷直流電機時
，采用PWM控製，最大工作電流達30 A，需要用到功率MOSFET。采用無刷直流電機時

，需要用到預驅動器及功率MOSFET。安森美半導體提供用於無刷直流電機的三相預驅動器，如LV8901、LV8902及MC33033/5等。安森美半導體還提供用於鼓風機驅動的一係列功率MOSFET，如NVB5860N/NL、NVMFS5830NL、NVMFS5832NL、NVB5404N
、NVB5405N、NVD5802及NVD5890N等。

用於汽車空調的恒流驅動器

安森美半導體基於自偏置晶體管(SBT)技術的恒流穩流器(CCR)同樣可用於在汽車空調應用中驅動LED。這些LED驅動器包括雙端可調節輸出版本及三端可調節輸出版本，適合於低噪聲係統。這些CCR內置LED熱保護，能夠替代低成本LDO，可抑製由於電壓波動引起的LED亮度變化


，通過了汽車級產品認證

，幫助縮短設計/認證時間。這些低電流CCR LED驅動器包括NSI50010YT1G、NSI45015WT1G
、NSI45020T1G、NSI45020AT1G及NSI45020JZT1G等。

用於汽車空調的其它產品
   
當今的汽車製造商設計分散、分布式係統，這些係統通過LIN

、CAN及FlexRay?等行業標準接口相互連接。安森美半導體提供這些標準接口技術的車載總線收發器
，其中包括用於汽車空調的NCV7321 LIN收發器。這器件的最高通信速率為20 kbps，同時具備高壓模擬和數字功能
，符合歐洲LIN物理層規範2.1版及美國SAE J2602-2規範
，符合OEM要求，提供出色的電磁兼容(EMC)性能，係統ESD保護能力高達13 kV。

此外，安森美半導體還提供用於多種係統基礎芯片(SBC)。這些係統基礎芯片集成了車載網絡(如LIN、CAN及FlexRay?等收發器)、電源(如線性穩壓器、DC-DC穩壓器)
、監控(如看門狗
、SPI、狀態、中斷)，以及I/O等。其中
，用於汽車空調應用的SBC有如NCV7420和NCV7425，這兩款器件集成了LIN收發器及3.3 V或5 V穩壓器
，輸出電流能力分別為50 mA及150 mA。

總結：汽車空調是安森美半導體在汽車應用中所關注的核心應用之一。 安森美半導體提供一係列應用於汽車空調應用的產品，包括電源供電(如LDO及電壓跟隨器)、電機驅動器、SmartFET高邊/低邊驅動器、分立元件(功率MOSFET，CCR LED驅動器)
、chezaiwangluoshoufaqijixitongjichuxinpiandeng。ansenmeibandaotijiangjixuzhiliyuyanfagaoxingnengdebiaozhunhezhuanyongqijian
，manzuqichekongtiaozhongyuelaiyuekekedexuqiu，bingyongyouyidechanpinbuduantigaoqichekongtiaoxitongdeanquanxing、可靠性及燃油經濟性。

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