基于集成芯片的ABS驱动电路设计

裴晓飞 刘昭度

摘 要:随着汽车电子市场的细分,许多专业级的芯片被推出,先进的高度集成芯片TLE6210和L9349就是专为汽车ABS开发的。主要介绍基于集成芯片的ABS控制器驱动电路设计。利用高低端控制及高低电源驱动方式,以及实时故障诊断和自保护功能,完全满足ABS执行机构电机和电磁阀的驱动要求。与以往分立方案相比,该集成方案还降低了ECU硬件成本,减少了PCB板的面积,增强了系统的可靠性。

关键词:ABS;驱动电路;TLE6210;L9349

中图分类号:U463;TN710 文献标识码:B

文章编号: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作为如今汽车上必备的安全电子设备,其功能越来越受到人们的重视。ABS系统通过电磁阀和回油泵来完成对制动器中轮缸压力的精细调节,以防止过度制动使车轮抱死。由于ABS工作环境十分恶劣,为保证电磁阀和电机响应的高效性和可靠性,除了与执行机构本身的参数相关外,对驱动电路的设计也直接决定了驱动的品质[1-3]。

当今汽车电子市场异常火热,竞争十分激烈。各大集成芯片公司,如ST,Freescale,Infineon均设计ABS的专用集成芯片,提出了自己的ABS解决方案。该芯片就像一个黑匣子,方便了电路的设计过程,并且由于其高度集成性,使电路更简明,可靠性更高,代表了未来电路设计的方向[4,5]。

1 ABS驱动电路的集成化方案

ABS驱动电路的集成化方案如图1所示,选用TLE6210作直流电机和电磁阀总开关的高端驱动,选用L9349作为8个电磁阀(4进4出)的低端驱动。ABS控制器通过PWM控制,改变电磁阀线圈的电流通断和频率通断,以实现车轮制动的轮缸增压、保压和减压操作;当电磁阀ABS减压阀打开进行减压时,回油泵能使轮缸中的制动液返回制动主缸,以便在下个控制周期中使用;电磁阀的高边总开关用来控制电磁阀的供电电路,若ABS系统发生故障,断开电源使下面挂的8个电磁阀都不动作,恢复常规制动。

TLE6210是Infineon公司推出的专门针对ABS的系统级管理器件[6],由于集成度高,提高了设计的可靠性,并大幅度降低了ECU的硬件成本。TLE6210除了能够高端驱动电磁阀和电机外,还高度集成了5 V线性电源、看门狗监视电路、故障指示灯驱动、复位电路,所以完全能满足ABS设计的需要。TLE6210还有过压、欠压复位功能,并有过温和过流自保护。

L9349是ST公司设计的ABS专用电磁阀驱动芯片[7]。它具有4路独立的控制通道,且每个通道带有独立的状态反馈端,与控制输入端一起构成完善的内嵌式实时故障诊断功能,能快速准确地识别负载输出端的短路、开路、过载、过温等临时故障。同时,芯片内部集成的相应硬件自保护功能,大大方便了元件的应用。由于同时降低了输出引脚的EMI特性,非常适合在汽车残酷的工作环境中使用。

图1 ABS集成型驱动方案

2 基于TLE6210的高端驱动电路

由于TLE6210功能实在强大,这里仅介绍其作为功率驱动部分的用途。TLE6210内置有电荷泵,电磁阀和电机驱动引脚均为集电极开路,能提供500 mA的输出电流,在外接功率MOSFET作为开关元件后,完全能满足高端驱动的要求。图2给出了TLE6210应用于高端驱动电路的原理图。

图2 TLE6210高端应用电路

电磁阀高边总开关的输出引脚为VR,当ABS系统上电复位或看门狗给出控制信号,输出脚即切换到ON状态,这样符合ABS实际工作的逻辑,也保证了当ABS系统发生故障时,可迅速地退出对电磁阀的控制,恢复到常规制动。芯片的MRA脚为控制信号输入端,输出引脚MR驱动直流电机。当MCU的I/O口给MRA脚一高电平时,外接的MOSFET导通,直流电机实现回油功能。由于电磁阀和电机为感性负载,还需要外接反向续流二极管。芯片的驱动部分具有过温保护,过流保护和短路保护,当出现上述故障情况时,能自动关闭芯片,故有很强的自保护特性。

基于TLE6210芯片的高度集成化方案,不仅能大大简化电机驱动电路和电磁阀前驱电路,还能使整个控制器所需分立芯片数大为减少,PCB板体积也更小,降低了成本,增强了控制器的可靠性[8]。

3 基于L9349的电磁阀驱动

经实验测得,一般ABS压力调节器的4个常开进油电磁阀的最大起动电流约为3.6 A;4个常闭出油电磁阀最大起动电流约为2.4 A[9,10]。而L9349的工作电压4.5~32 V,两路通道内阻0.2 Ω,最大负载电流3 A;另两路内阻0.3 Ω,最大负载电流5 A,恰好能满足ABS常开和常闭电磁阀的驱动电流要求,而且较低的导通内阻又能保证低功耗,因此L9349非常适合进行ABS电磁阀的驱动控制。电磁阀驱动电路原理图见图3。

图3 电磁阀驱动电路原理图

在图3中,每片L9349能驱动4个电磁阀工作,属于典型的低端驱动。通过Vs端口给芯片提供12 V供电电压;当给输入端IN1~IN4 PWM控制信号,就能方便地控制输出端以驱动4路电磁阀工作,OUT1和OUT2端口的最大驱动能力为5 A,应该连接ABS的常闭电磁阀;OUT3和OUT4端口最大驱动能力为3 A,应连接ABS常开电磁阀,不可接反;EN端口为使能端,能通过MCU快速关闭芯片;L9349的数字地和模拟地分开,提高了驱动模块的抗干扰能力。

D1~D4是故障诊断引脚,必须外接上拉电阻才能使用,电路正常工作时,该引脚为逻辑高电平,若有故障发生,即会自动置为逻辑低电平。通过对各独立通道的输入控制端和状态反馈端进行逻辑组合,可实时识别出输出端的工作状态,并立即做出相应的措施,包括退出ABS功能,点亮故障显示灯,传输故障码。

功能真值表见表1。

表1 电磁法驱动故障真值表

工作条件使能端EN输入端IN输出端OUT反馈端DIAG

对地短路

低×关低

高低关低

高高开高

对地旁路低×关高

开路高低关高

过温 (Tjtyp≥190 ℃)高高开低

过载

××关低

高高关低

失地通道开×低关高

失地通道关高高关低

4 结 语

当前在ABS设计中普遍采用的电磁阀驱动电路设计均以功率MOSFET为主,辅之以保护回路,隔离措施等以保证其可靠性,还要设计专门的自诊断回路以进行故障检测。虽然在具体电路的设计上分立方案有一定的灵活性,但成本和PCB空间的耗费较高;本方案采用ABS专用集成芯片TLE6210和L9349,集驱动和监测功能于一身,应用于ABS系统中能降低功耗,便于故障检测,提高可靠性,大大改善了整个系统的性能。

参考文献

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

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

[8]徐洋,向敏.TLE6210在汽车ABS电子控制单元中的应用[J].国外电子元器件,2007(9):15-16.

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[10]吴利军,崔海峰,马岳峰.汽车ABS/ASR/ACC集成控制系统设计[J].液压与气动,2006(9):47-51.

作者简介 裴晓飞 男,1985年出生,湖北武汉人。研究方向为汽车主动安全技术。