近年來
，汽車中的電子成分不斷提升，幫助提升燃油經濟性
，減少排放，增強安全
、照明、車載網絡及信息娛樂係統等。其中，汽車前照燈是安全駕駛的一個重要環節，安森美半導體創新及領先行業的汽車自適應前照燈係統（Adaptive Front-lighting System， AFS）電機驅動方案克服傳統前照燈的局限
，幫助提升行車安全性。本文分析AFS的特性
，介紹安森美半導體的AFS方案，以及應用設計要點，幫助客戶應用汽車AFS方案。

 

 

傳(chuan)統(tong)汽(qi)車(che)前(qian)照(zhao)燈(deng)的(de)燈(deng)光(guang)跟(gen)車(che)身(shen)方(fang)向(xiang)始(shi)終(zhong)一(yi)致(zhi)，在(zai)汽(qi)車(che)轉(zhuan)彎(wan)時(shi)無(wu)法(fa)有(you)效(xiao)照(zhao)明(ming)彎(wan)道(dao)內(nei)側(ce)的(de)盲(mang)區(qu)，如(ru)果(guo)彎(wan)道(dao)內(nei)側(ce)恰(qia)好(hao)存(cun)在(zai)人(ren)或(huo)物(wu)體(ti)
，而(er)車(che)速(su)又(you)未(wei)恰(qia)當(dang)降(jiang)低(di)，則(ze)會(hui)帶(dai)來(lai)安(an)全(quan)隱(yin)患(huan)，如(ru)圖(tu)1所示。相比較而言，AFS功能可以提供旋轉（swiveling）調節效果，能夠根據方向盤的角度轉動
，把有效的光束投射到駕駛者需要看清的前方路麵上，幫助降低安全隱患。

 

圖1：AFS功能的旋轉調節（左圖）及水平調節（右圖）照明效果

 

除了能夠進行動態旋轉調節，AFSgongnenghainengtigongdongtaishuipinggaodutiaojie。cigongnenggenjufuzaizhouchuanganqidexinhaolaitiaojieqianzhaodengdeshuipinggaodu，keyishiyingbutongdefuzaijibutongdexiepohuanjing。rutu1右側中
，上圖是AFS功(gong)能(neng)在(zai)正(zheng)常(chang)水(shui)平(ping)條(tiao)件(jian)下(xia)的(de)燈(deng)光(guang)投(tou)身(shen)效(xiao)果(guo)，中(zhong)圖(tu)是(shi)在(zai)汽(qi)車(che)啟(qi)動(dong)或(huo)上(shang)坡(po)時(shi)路(lu)麵(mian)顛(dian)簸(bo)條(tiao)件(jian)下(xia)燈(deng)光(guang)上(shang)揚(yang)效(xiao)果(guo)
，下(xia)圖(tu)是(shi)在(zai)刹(sha)車(che)或(huo)下(xia)坡(po)條(tiao)件(jian)下(xia)的(de)燈(deng)光(guang)水(shui)平(ping)下(xia)沉(chen)照(zhao)明(ming)效(xiao)果(guo)。可(ke)見(jian)AFS可根據車身水平傾斜情況動態調節燈光高度
，改善照明效果，增強安全性。AFS工作原理結構圖分別如圖2和圖3所示。

 

圖2：AFS的工作原理結構圖

圖3：AFS的工作原理結構圖（續）

 

 

汽車AFS的de旋xuan轉zhuan及ji水shui平ping高gao度du調tiao節jie，是shi各ge使shi用yong一yi個ge步bu進jin電dian機ji來lai實shi現xian的de
，電dian機ji根gen據ju車che輛liang四si周zhou的de眾zhong多duo傳chuan感gan器qi反fan饋kui的de數shu據ju作zuo出chu反fan應ying
，故gu設she計ji人ren員yuan需xu要yao采cai用yong適shi合he的de步bu進jin電dian機ji驅qu動dong方fang案an
，且qie安an放fang在zai適shi合he的de位wei置zhi。

 

控製AFS功能的步進電機驅動器的安放位置有兩種選擇。一種方法稱為直接驅動，典型產品如NCV70522。這種方案中，步進電機驅動芯片安裝在跟主微控製器（MCU）同一印製電路板（PCB）上。此電路板離前照燈部件及相關步進電機較遠
，而每個電機需要與對應的信號連接。

 

另一種方法是機電一體化，典型產品如AMIS-30623。在這種方法中，步進電機驅動IC能夠直接安裝在步進電機結構內，僅需共享地線與LIN總線信號連接。這種方法極為有益，因為MCU與yu機ji電dian一yi體ti化hua模mo塊kuai的de接jie口kou連lian接jie隻zhi需xu要yao低di電dian磁ci兼jian容rong性xing的de總zong線xian。機ji電dian一yi體ti化hua方fang法fa采cai用yong模mo塊kuai化hua設she計ji，前qian照zhao燈deng組zu件jian的de維wei修xiu保bao養yang方fang便bian，好hao處chu明ming顯xian。這zhe兩liang種zhong方fang法fa的de結jie構gou示shi意yi圖tu如ru圖tu4所示。

 

圖4：兩種不同的步進電機驅動器安放方法

 

 

安森美半導體提供多種多樣的步進電機驅動器產品，如AMIS-30621、AMIS-30623、NCV70627、NCV70521及 NCV70522等。這些產品中， AMIS-30621
、AMIS-30623及NCV70627采用LIN通信，而NCV70521及 NCV70522采用SPI通信。其中，AMIS-30623是一款單芯片微步進電機驅動器。它是通過LIN建立與主機遠程連接的專用機電一體化方案。該芯片通過總線接收定位指令，隨後驅動電機線圈到所需位置

，可配置電流
、速度、加速度和減速度等參數。該芯片自帶電機堵轉偵測。

 

圖5：AMIS-30623的工作原理示意圖

 

NCV70522則是一款帶穩壓器及看門狗功能的SPI通信步進電機驅動IC。這單芯片微步進電機驅動器具有輸出電流選擇性、SPI接口
、嵌入式5V穩壓器和看門狗複位等特性。該芯片接收通過一個輸入引腳脈衝信號啟動“下一步微步”命令
，輸出線圈電流
、微步數等參數。集成的SPI總線允許參數設定及診斷反饋。NCV70522的典型應用電路圖如圖6所示。

 

圖6：NCV70522典型應用電路圖

 

 

我們以NCV70522為例，介紹這芯片在AFS應用中的設計要點。NCV70522的控製要素包括步幅模式
、NXT輸入及電機運轉方向（DIR）控製等。

 

1） SLA信號特性

 

NCV70522包含速度及負載角（SLA）輸出，配合創建停轉檢測算法及控製環路

，以根據電機的反電動勢（BEMF）來調節轉矩和速度。

 

2） SPI寄存器

 

NCV70522采用標準4線SPI通信（CLK， CSB， DI， DO），包含3個8位控製（Control）寄存器（0， 1
， 2）和4個8位狀態（Status）寄存器（0， 1
， 2， 3）。

 

3）複位

 

CLR引腳為低電平（0）時
，器件在正常模式；CLR引腳為高電平（1）時，器件複位。複位號器件內部寄存器值被清除為初始化值。

 

4） 設置線圈輸出電流

 

NCV70522提供多種輸出電流模式，可以通過SPI來對寄存器CUR［4:0］設定來選擇。更改後的電流會在下一個脈寬調製（PWM）周期更新。

 

5） 步幅設定

 

NCV70522提供從整步到32微步共7種中模式供選擇

，可以通過SPI對寄存器SM［2:0］來設定。

 

6） NXT控製

 

　　NXT信號用於控製電機的步幅（step）位置，根據電流表對應的Ix和Iy信息，進入下一步（step）。即使電機運轉沒有啟用時，step位置一樣被改變，隻是Ix
，Iy不輸出。

 

7） 堵轉檢測

 

AFS應用中步進電機有時可能會堵轉。一旦電機堵轉，電子控製單元（ECU）將失去前照燈位置的跟蹤信息並作出不恰當的反應，滋生極嚴重的安全問題，所以AFS應用中堵轉檢測是必不可少。

 

NCV70522微步步進電機驅動器透過SLA引腳提供BEMF輸出，這表示它能實時進行停轉檢測計算，並根據不同條件來調節檢測等級。具體而言，此BEMF電壓在每個所謂的“線圈電流過零”期間采樣。每個線圈在每個電氣周期內存在2個零電流位置，因而每個電氣周期共有4個過零觀察點，故可以測量4次BEMF。如果4個“線圈電流過流點”中有2個SLA電平低於1.5 V
，那麼就處於堵轉狀態。我們需要連續2個以上的電氣周期都認定為堵轉才為真正堵轉。

 

圖7：NCV70522的堵轉檢測功能

 

 

自適應前照明係統（AFS）在智能汽車電子產品中應用越來越廣泛，通過驅動步進電機來實時控製燈光角度調整，能有效地增加駕駛的安全性。安森美半導體針對AFS係統的步進電機開發了一係列驅動芯片，為客戶的設計增強汽車的安全性。本文介紹了AFS特性
、驅動IC以及方案設計要點，特別是步進電機驅動難點—堵轉檢測的剖析
，幫助客戶快速、準確地開發有效的AFS方案。來源：電子發燒友。

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