英飞凌直流有刷/无刷汽车EPS设计方案

一、英飞凌电动助力转向系统（EPS）方案：直流有刷电机

直流有刷电机（DC）由于技术成熟、控制器简单、成本低等特点，短时间内仍将在EPS电机中占据主导地位。目前主要应用于低成本的EPS上，代表车型为日系车和国内自主品牌的低端车。

 针对于基于直流有刷电机的EPS系统，英飞凌提出一套非常成熟可靠的方案，见图1。

 

英飞凌基于直流有刷电机的电动助力转向系统（EPS）方案

1.传感器

EPS系统中最重要的输入信号就是方向盘的扭矩，因此扭矩传感器的选择非常重要。目前国内大部分 EPS系统采用的是电位计式扭矩传感器，最主要的原因是技术成熟、价格便宜。不过由于其是接触式测量，使用时间长后容易磨损，导致测量值不准确，并且其信 号的一致性与精确度都不高。

 因此英飞凌推荐使用2片线性霍尔传感器TLE4998/TLE4997 作为扭距传感器。TLE4998是一款全面采用数字逻辑结构（20 bit的数字信号处理），具有数字温度补偿功能的汽车级（-40℃-150℃）的可编程线性霍尔传感器，根据需要可输出SPC（Short PWM Code）、PWM或SENT（Single Edge Nibble Transmission）信号，其中PWM信号具有12位的分辨率，而SPC和SENT信号更具有高达16位的分辨率。此外，TLE4998还带有各种 保护（防反接，过压，输出短路等）和在线诊断（电压，EEPROM错误等）功能，并具有极强的抗应力和抗EMC性能。TLE4997与TLE4998最大 的区别在于其只支持模拟接口。

 2.电子控制单元（ECU）

ECU担负着处理传感器信号、执行控制策略、输出控制信号驱动电机、系统监控诊断和通讯的重任，是系统的核心部件。

作为ECU中的核心元器件，主微控制器（MCU）需要高性能和高可靠性。英飞凌推荐在EPS中采用 最先进的XC2000系列产品作为主微控制器。XC2000是英飞凌针对汽车电子专门设计的基于130nm技术制造的16位微控制器系列并具有执行某些 32位指令的能力。它采用了英飞凌成熟的C166S-V2架构并进行了改善，最高的时钟频率达到80MHz.该架构采用了多路数据总线技术 （multiple data buses），大部分指令都能在一个时钟周期内完成，也支持DSP技术。XC2000的强大的功能和众多的外设使工程开发人员设计系统时更加游刃有余。 XC2000系列产品分成三个子系列，其中XC2300系列是专门针对安全应用开发的，具有反应迅速，高冗余度，高灵活性和稳定可靠的特点。由于DC EPS低成本的要求，英飞凌推荐XC2300中两款低成本的产品：XC2300D和XC2300S.他们的区别在于XC2300D支持CAN总线通讯，而 XC2300S只支持LIN总线通讯。

针对EPS系统中最重要的电机控制，英飞凌提供的方案是全桥预驱动芯片加上4颗Mosfet来驱动 直流有刷电机。对于全桥预驱动芯片，目前主流推荐的是TLE6282/TLE7181/TLE7182.他们都是内置2个高边和2个低边输出级，可通过输 出0-100%占空比的PWM波控制4颗外接MOS管。它带有过流，过温，短路等各类保护和分析功能。他们的区别在于：TLE6282最高工作电压为 60V,且没有内置运算放大器；而TLE7181/TLE7182最高工作电压仅为34V,内置一个高精度的运算放大器，可以显着地降低系统成本。

从整个系统的角度看，本方案所采用的芯片都是专门为汽车应用而设计的，具有至少-40-125℃的应用温度范围，并有很强的静电保护和抗电磁干扰性能。此外，这些芯片大多采用无铅材料制造，是对环境友好的绿色芯片。