以前由機械方式控制的車門系統，現在逐漸向電子控制轉變，越來越多的低端車開始采用電子控制的車門控制系統，利用CAN或LIN總線通信技術實現四個車門之間的通信。車窗防夾功能是車門控制系統的難點之壹。車門控制系統具有多種故障診斷能力，能及時識別短路、開路、過熱、過載等故障。本文結合汽車車門控制模塊設計的工程實踐，主要介紹電動車窗的硬件和軟件設計。對智能功率芯片BTS7960在正常運行時的啟動特性和故障檢測特性進行了研究和分析，並給出了測試結果。車門控制模塊1總體設計圖是車門控制模塊的原理框圖，其中微控制器XC164CS用於控制所有功率器件的開關動作，同時定時監測系統狀態，接收適當的故障反饋信號，通過車載網絡(如CAN總線)實現與中央車身控制器和其他車門控制器的故障信息和鑰匙控制信息的交換， 從而在用戶界面上及時顯示故障內容，實時控制車門，保障行車。 圖1門控模塊16位微控制器XC164CS整體原理框圖基於增強型C166S V2結構，融合了RISC和CISC處理器的優點，通過MAC單元的DSP功能實現強大的計算和控制能力。XC164CS在壹個芯片上集成了壹個強大的CPU內核和壹套強大的外設單元，連接非常有效和方便。電動車窗由兩個半橋智能功率驅動芯片BTS7960B組成的H橋驅動。中央門鎖、後視鏡、加熱器的驅動芯片分別為TLE6208-3G、BTS7741G、BSP752R，車燈的驅動芯片為BTS724。這些器件提供了完善的故障檢測和保護功能，從而避免了使用過多的分立元件，大大減小了模塊的尺寸，提高了模塊的EMC(電磁兼容性)特性。車門控制模塊的電路主要由以下幾部分組成:電源電路、電動車窗驅動電路、後視鏡驅動電路、加熱器驅動電路、中央門鎖驅動電路、車燈驅動電路、CAN總線接口電路、鑰匙接口電路。電動車窗1電動車窗驅動電路的硬件設計及啟動特性該車窗控制系統通過智能功率芯片BTS7960驅動DC電機旋轉，BTS7960的接口電路如圖2所示。在圖中，引腳7960INH1、7960IN1、7960IS1、7960INH2、7960IN2和7960IS2分別連接到I/O端口P5.6、XC164CS。圖BTS7960接口連接圖BTS 7960是壹款應用於電機驅動的大電流半橋高集成度芯片，它有壹個P溝道高端MOSFET、壹個N溝道低端MOSFET和壹個驅動IC。p溝道高端開關消除了對電荷泵的需求，從而降低了EMI。集成驅動IC具有邏輯電平輸入、電流診斷、斜率調整、死區產生和過溫、過壓、欠壓、過流、短路保護功能。BTS7960的典型通態電阻為16mω，驅動電流可達43A。所以即使在北方寒冷的冬天，車窗依然可以安全啟動。如圖3所示，兩片BTS7960構成全橋驅動窗口上升或下降。T1和T4打開時，車窗上升；當T2和T3打開時，車窗下降。系統中沒有主動制動過程。車窗移動後，上管觸發信號停止，反並聯二極管繼續流過橋臂下管，直到電流為0A。續流過程持續250ms，足以滿足車窗電機大功率的需求。為了避免車窗電機啟動瞬間的電流尖峰，通過控制下橋臂開關管上頻率為20kHz的PWM信號實現軟啟動功能。2 BTS 7960的故障檢測特性如圖3所示。BTS 7960的芯片有壹個半橋。INH引腳為高電平，使能BTS7960。IN引腳用於確定哪個MOSFET開啟。當IN=1，INH=1時，高端MOSFET導通，OUT引腳輸出高電平；當IN=0且INH=1時，低端MOSFET開啟，OUT引腳輸出低電平。SR引腳的外接電阻可以調節MOS管的開通和關斷時間，具有防止電磁幹擾的作用。IS引腳是電流檢測輸出引腳。圖3 BTS 7960具有電流檢測功能的全橋驅動電路IS引腳原理圖。在正常模式下，從IS引腳流出的電流與流經高端MOS管的電流成正比。如果RIS = 1kω，V就是= I負載/8.5；在故障情況下，從IS引腳流出的電流等於ii is (lim)(約4.5mA)，最終的效果是IS處於高電平。如圖4所示，圖(a)顯示正常模式下IS引腳的電流輸出，圖(b)顯示故障條件下IS引腳的電流輸出。BTS7960短路故障實驗的實驗條件如下:+12.45V電池電壓，+5V電源，2.0m短路導體(R = 0.2Ω)，截面積0.75 mm，連接1kω電阻和壹個發光二極管。V S與電池正極之間的引線長度為1.5m(R = 0.15ω)。如圖5所示，其中V是IS引腳與地之間的電壓，V L是OUT引腳與地之間的電壓，I L是發生短路故障時流經BTS7960的短路電流。(a) (b)圖4中BTS7960的電流檢測引腳IS的工作原理圖顯示，無論是先上電後短路還是先上電，保護特性都是壹樣的，下面只描述其中壹個。圖5 BTS 7960對地短路實驗電路圖；圖6和圖7分別示出了BTS 7960通電後的短路實驗波形圖的前半部分和後半部分。短路瞬間，輸出電流迅速上升，在80μs內，電流上升到峰值，可達62A左右。此時BTS7960檢測到短路故障，關斷MOS管，輸出電流下降到0 A，紫色箭頭表示的部分明顯關斷，圖中虛線夾著的部分是MOS管關斷和維持關斷的過程，整個過程持續約80 μ s，在短路導通的瞬間， OUT引腳的輸出電壓約為5V，是短路導體與電池和地之間總電阻的分壓。 當MOS管關斷時，OUT引腳的輸出電壓為0V。在電流急劇下降的瞬間，短路導體上感應出微弱的反電動勢，因此out管腳的輸出電壓會呈現短時負電壓。狀態檢測引腳在5V左右上下波動，具有隨短路電流上下波動的特性。在整個短路過程中，BTS7960周期性關斷MOS管，防止芯片因短路電流而過熱燒毀，從而有效保護芯片。最後BTS7960完全關斷MOS管，短路電流逐漸下降到0A。MOS晶體管完全關斷後，IS引腳從自身冷卻恢復到正常水平約500μs..圖BTS7960上半部分短路實驗波形圖BTS 7960下半部分短路實驗波形軟件設計電動窗1驅動芯片BTS 7960的軟件設計。在硬件上，DC電機由BTS 7960驅動旋轉，使窗戶上升或下降。兩片BTS7960B用於構成全橋。BTS7960與微控制器之間的接口信號包括IN1、IN2、INH1和INH2；IS1和IS2是電流檢測信號。窗口向上:IN1=1，IN2=0，inh 1/2 = 1；窗口下降:IN1=0，IN2=1，INH1/2=1。整個驅動過程可以分為軟啟動、全PWM輸出、續流和停止四個階段。車窗升降過程中，通過下橋臂開關管的PWM控制實現軟啟動功能。PWM頻率為20kHz，軟啟動持續200ms。在此過程中，占空比從0%逐漸增加到100%，分為10段，每段持續20ms。PWM信號施加於下管所在的橋臂的INH引腳。當橋臂關斷時(INH=0)，電流流過上管的反並聯二極管。PWM信號實現軟啟動後，電動車窗啟動時的電流波形如圖8所示。從圖中可以看出，電流尖峰得到了有效抑制。該系統中沒有主動制動過程。車窗移動後，開關管會工作250ms左右，這是壹個續流過程。在此期間，上管觸發信號停止，反並聯二極管續流通過該橋臂的下管(此時需要繼續給原另壹橋臂的下管觸發信號，如IN1=1，INH 1)。但是如果出現過熱，這個連續流動的過程就沒有必要了。不允許電機失速，因為這會導致過電流。BTS7960本身可以檢測開關管的電流，通過2.2kΩ的采樣電阻電流進行電流/電壓轉換。采樣電壓通過壹個簡單的RC濾波網絡和壹個保護電阻(未添加)送到AN0/AN1進行模數轉換。當檢測到電流大於15A時，可以判斷電機處於鎖定狀態，此時微控制器停止觸發電機(仍需繼續電流)，用戶可以重新啟動窗口。要在車窗部分檢測的故障包括上橋臂的兩個開關管過熱和負載開路。第壹種檢測方法是通過BTS7960內置的溫度檢測功能來檢測上管是否過熱。過熱時，器件自動關斷所有輸出電路，IS引腳輸出電平為高；第二，輔助晶體管需要檢測開路，可以通過檢測IS引腳的電流值來實現，微控制器需要提供CTRLWIN信號。圖8電動車窗軟啟動的電流波形2電動車窗主程序的軟件設計本電動車窗控制系統的軟件控制是基於狀態轉換的。通過比較系統狀態和控制命令，我們可以確定系統當前應該執行的動作。在程序中，電動車窗的運行狀態分為:WINDOW_OFF、WINDOW_UP_PWM、WINDOW_UP、WINDOW_UP_FREE、WINDOW_UP_STOP、WINDOW_DOWN_PWM、WINDOW_DOWN _ free和WINDOW_DOWN_STOP。當電動車窗處於關閉狀態並接收到上升或下降指令時，程序會使車窗先進入PWM遞增狀態，實現軟啟動。當達到脈寬調制全占空比時，車窗將變為上升或下降狀態。如果在脈寬調制增加或脈寬調制以全占空比運行時接收到停止電動車窗或向相反方向轉動的指令，程序將讓車窗進入空轉狀態。續流完成後，窗口進入停止狀態。如果在任何狀態下檢測到開路或過壓等故障，車窗將進入關閉狀態。參考資料:
/cdbbs/2007-8/22/078229 BC 917af 52 . html
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