基于集成芯片的ABS驅動電路設計

裴曉飛 劉昭度

摘 要:隨著汽車電子市場的細分,許多專業(yè)級的芯片被推出,先進的高度集成芯片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控制器驅動電路設計。利用高低端控制及高低電源驅動方式,以及實時故障診斷和自保護功能,完全滿足ABS執(zhí)行機構電機和電磁閥的驅動要求。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,增強了系統(tǒng)的可靠性。

關鍵詞:ABS;驅動電路;TLE6210;L9349

中圖分類號:U463;TN710 文獻標識碼:B

文章編號: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器中輪缸壓力的精細調節(jié),以防止過度制動使車輪抱死。由于ABS工作環(huán)境十分惡劣,為保證電磁閥和電機響應的高效性和可靠性,除了與執(zhí)行機構本身的參數相關外,對驅動電路的設計也直接決定了驅動的品質[1-3]。

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

1 ABS驅動電路的集成化方案

ABS驅動電路的集成化方案如圖1所示,選用TLE6210作直流電機和電磁閥總開關的高端驅動,選用L9349作為8個電磁閥(4進4出)的低端驅動。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,以實現車輪制動的輪缸增壓、保壓和減壓操作;當電磁閥ABS減壓閥打開進行減壓時,回油泵能使輪缸中的制動液返回制動主缸,以便在下個控制周期中使用;電磁閥的高邊總開關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個電磁閥都不動作,恢復常規(guī)制動。

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

L9349是ST公司設計的ABS專用電磁閥驅動芯片[7]。它具有4路獨立的控制通道,且每個通道帶有獨立的狀態(tài)反饋端,與控制輸入端一起構成完善的內嵌式實時故障診斷功能,能快速準確地識別負載輸出端的短路、開路、過載、過溫等臨時故障。同時,芯片內部集成的相應硬件自保護功能,大大方便了元件的應用。由于同時降低了輸出引腳的EMI特性,非常適合在汽車殘酷的工作環(huán)境中使用。

圖1 ABS集成型驅動方案

2 基于TLE6210的高端驅動電路

由于TLE6210功能實在強大,這里僅介紹其作為功率驅動部分的用途。TLE6210內置有電荷泵,電磁閥和電機驅動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作為開關元件后,完全能滿足高端驅動的要求。圖2給出了TLE6210應用于高端驅動電路的原理圖。

圖2 TLE6210高端應用電路

電磁閥高邊總開關的輸出引腳為VR,當ABS系統(tǒng)上電復位或看門狗給出控制信號,輸出腳即切換到ON狀態(tài),這樣符合ABS實際工作的邏輯,也保證了當ABS系統(tǒng)發(fā)生故障時,可迅速地退出對電磁閥的控制,恢復到常規(guī)制動。芯片的MRA腳為控制信號輸入端,輸出引腳MR驅動直流電機。當MCU的I/O口給MRA腳一高電平時,外接的MOSFET導通,直流電機實現回油功能。由于電磁閥和電機為感性負載,還需要外接反向續(xù)流二極管。芯片的驅動部分具有過溫保護,過流保護和短路保護,當出現上述故障情況時,能自動關閉芯片,故有很強的自保護特性。

基于TLE6210芯片的高度集成化方案,不僅能大大簡化電機驅動電路和電磁閥前驅電路,還能使整個控制器所需分立芯片數大為減少,PCB板體積也更小,降低了成本,增強了控制器的可靠性[8]。

3 基于L9349的電磁閥驅動

經實驗測得,一般ABS壓力調節(jié)器的4個常開進油電磁閥的最大起動電流約為3.6 A;4個常閉出油電磁閥最大起動電流約為2.4 A[9,10]。而L9349的工作電壓4.5~32 V,兩路通道內阻0.2 Ω,最大負載電流3 A;另兩路內阻0.3 Ω,最大負載電流5 A,恰好能滿足ABS常開和常閉電磁閥的驅動電流要求,而且較低的導通內阻又能保證低功耗,因此L9349非常適合進行ABS電磁閥的驅動控制。電磁閥驅動電路原理圖見圖3。

圖3 電磁閥驅動電路原理圖

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

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,該引腳為邏輯高電平,若有故障發(fā)生,即會自動置為邏輯低電平。通過對各獨立通道的輸入控制端和狀態(tài)反饋端進行邏輯組合,可實時識別出輸出端的工作狀態(tài),并立即做出相應的措施,包括退出ABS功能,點亮故障顯示燈,傳輸故障碼。

功能真值表見表1。

表1 電磁法驅動故障真值表

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×關低

高低關低

高高開高

對地旁路低×關高

開路高低關高

過溫 (Tjtyp≥190 ℃)高高開低

過載

××關低

高高關低

失地通道開×低關高

失地通道關高高關低

4 結 語

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

參考文獻

[1]宋軍,李書澤,李孝祿,等.高速電磁閥驅動電路設計及試驗分析[J].汽車工程,2005(5): 546-549.

[2]田穎,陳培紅,聶圣芳,等.功率MOSFET驅動保護電路設計與應用[J].電力電子技術,2005(1):73-75.

[3]程軍.汽車防抱死制動系統(tǒng)的理論與實踐[M].北京:北京理工大學出版社,1999.

[4]沈順偉.基于英飛凌的汽車ABS方案 [J].世界電子元器件,2008(7):21-24.

[5]鄭太雄,李銳,蔣建春.汽車ABS電子控制單元的開發(fā)[J].重慶郵電大學學報,2007(4):430-433.

[6]ST Semiconductor.L9349 Datasheet[Z].2003.

[7]Infineon Technologies.TLE6210 Datasheet[Z].2006.

[8]徐洋,向敏.TLE6210在汽車ABS電子控制單元中的應用[J].國外電子元器件,2007(9):15-16.

[9]崔海峰,齊志權,王仁廣,等.基于MC9S12DP256的轎車ABS/ASR集成控制系統(tǒng)[J].電子技術應用,2005(12):23-25.

[10]吳利軍,崔海峰,馬岳峰.汽車ABS/ASR/ACC集成控制系統(tǒng)設計[J].液壓與氣動,2006(9):47-51.

作者簡介 裴曉飛 男,1985年出生,湖北武漢人。研究方向為汽車主動安全技術。