【導讀】現代汽車在座椅上采用了一係列高科技技術
，如座椅的多方向多角度調節控製

、加熱、chengkeganzhihuoanquandaiyujinqi，anmodeng。suoyouzhexieyingyongdouxuyaoxiaokongjianhegaonengxiaodedianzijixiexitong。qichezuoyishizuocangshushixingheanquanxingdezhongyaozuchengbufen。zuoyiyujiashiyuan、乘客直接接觸，在用戶體驗上扮演著舉足輕重的作用，也是區分汽車製造商的因素之一。

本文將深入描述以下幾方麵內容：

●   座椅的主要控製功能

●   電動座椅的結構

●   客戶的係統級需求，以及英飛淩的芯片產品組合係列如何滿足這些需求

●   英飛淩座椅控製解決方案及應用案例

座椅控製功能簡介

汽車座椅控製包括多個不同功能：

●   座椅調節或座椅移動，例如可設定位置、高度
、長度、角度、靠背角度，以及頭枕位置和角度等

●   座椅舒適性，例如動態靠墊
、腰靠、 腰托
、按摩、加熱
、製冷或通風、頸部加熱係統
、方便快捷進出功能，如：就坐輔助等
，以及個性化調節記憶功能等

●   座椅安全功能，如屬於車輛安全係統的安全帶預緊器

●   座椅乘員感知，座椅內置多個傳感器，可為係統提供反饋信息，提高安全性和可靠性

本文將重點講述座椅位置和座椅溫度控製，將涉及到多電機應用
，如電動座椅（其中包括記憶座椅）
，及常見於乘用車第二和第三排的電動折疊座椅等，也會涉及到通過獨立ECU或與其他座椅調節控製模塊集成在一起的加熱、冷卻和通風控製。

電動座椅結構

觀察汽車座椅麵套與骨架之間
，以及發泡件內部可以發現，座椅中填滿了不同的元器件，如接線束
、ECU、電機、傳感器
、加熱和製冷元器件、風扇
、安全氣囊、氣袋等。

車廠極為關心如何節省空間，以及采用更薄的座椅以確保擁有更大座艙空間係統解決方案。

傳統繼電器方案不僅增加了電控單元的外殼高度，同時其“哢嗒”聲也給安靜的座艙環境帶來噪音。因此，一些OEM廠商準備為自家座椅ECU配備靜音開關功能。此外，繼電器也無法支持座椅移動時的平緩啟動和停止功能

，這需要通過脈寬調製（PWM）來實現對電機電流源快速開啟/關閉，以產生較低的平均電流，從而以低於全速的速度移動座椅來實現。

通過使用半導體解決方案
，不僅提供了靜音開關功能和平緩啟停功能
，同時也降低了占用座椅內部的空間高度。

此外，從電控單元層麵來看，相比於繼電器方案，半導體方案更加節省成本。

今天，電動座椅的調節模塊在全球的裝配率約為46%，且在以約2.5%的年均速度增長；但是，不同地區的電動座椅模塊和半導體裝配率存在較大差異。北美地區在座椅電動調節和氣候控製上處於領先地位：大型OEM廠商在近75%的汽車中裝配了座椅氣候控製
；而在該地區銷售的汽車，有一半以上采用了電動座椅。

電動座椅模塊已開使從繼電器方案向半導體解決方案轉變，有些OEM廠商已經使用半導體解決方案超過10年。

通風座椅是指，利用風扇，通過座椅表麵的通風孔吹/吸環境空氣。

主動冷卻座椅則需要額外手段來降低空氣溫度，這通常涉及到“珀爾帖”元件，也稱“熱電器件”（TED）。當電流流動時
，“珀爾帖”元件根據直流電流流動方向在兩側之間產生溫差。

通風座椅由類似於直流電機的H橋結構驅動。但主動冷卻座椅的驅動方式是非對稱型的
，因為TED需要一個方向的電流大於另一方向。

氣候控製座椅使得汽車廠商能夠減少碳排放和節省燃油。例如
，座椅冷卻可減少乘員的空調使用。

客戶對電動座椅的係統級需求，以及電動座椅ECU設計要點

現在，我們來看看電動座椅ECU設計人員最關注的一些問題。

首先，設計的解決方案必須能夠減小尺寸和降低成本。這是隨著座椅模塊功能日益增多，且占有率不斷上升而麵臨的一個特殊挑戰。

ECU通常位於空間非常寶貴的座椅下方，半導體解決方案可以實現更薄

、更小的ECU，進而實現更薄的座椅。相比繼電器，這些方案可以創造更大的座艙空間，並節省成本。

對dui於yu電dian動dong汽qi車che
，設she計ji人ren員yuan尤you其qi需xu要yao注zhu意yi減jian小xiao關guan斷duan待dai機ji電dian流liu和he延yan長chang電dian池chi壽shou命ming。此ci時shi，即ji便bian是shi在zai熄xi火huo的de情qing況kuang下xia，也ye能neng使shi用yong座zuo椅yi調tiao節jie功gong能neng，因yin此ciECU必須滿足低靜態電流和快速喚醒需求。

在zai汽qi車che市shi場chang上shang
，因yin為wei喪sang失shi舒shu適shi性xing必bi會hui招zhao致zhi用yong戶hu的de投tou訴su

，因yin此ci高gao可ke靠kao性xing和he魯lu棒bang性xing是shi設she計ji人ren員yuan始shi終zhong所suo追zhui求qiu的de。勿wu將jiang駕jia駛shi者zhe安an置zhi在zai不bu舒shu服fu的de位wei置zhi，譬pi如ru距ju方fang向xiang盤pan太tai遠yuan或huo太tai近jin。而er且qie

，最zui重zhong要yao的de是shi，乘cheng員yuan不bu應ying受shou到dao任ren何he形xing式shi的de傷shang害hai，譬pi如ru座zuo椅yi加jia熱re溫wen度du過guo高gao。

設計人員所麵臨的另一重要痛點是
，在不影響功耗的情況下通過EMC試驗。這對於利用PWM（脈寬調製）進行速度控製的電機控製應用（如座椅移動的平緩啟/停）尤其如此。

shiyongbandaotifangandelingyigeyoushishi，nengyizuixiaodeshejigongzuolianghechengbenshixianduogepeizhidengji。qichepeizhidengjibutong，jiyizuoyimokuaiyegeyouchayi，kenengbaohanyixieewaidegongneng，yekenengbubaohan。weilezhichiruanjiandezhongfuliyong，shejirenyuanxuyaojuyoukekuozhandejiejuefangan。

電動座椅解決方案推薦及應用案例

英飛淩的產品組合解決了所有這些挑戰，助力實現了智能、安全和經濟高效的半導體電動座椅解決方案。英飛淩電動座椅模塊包括下列三個部分：

●   實現座椅位置調節的雙向電機控製

●   氣候控製功能，其中包括加熱元件和通風風扇，有時還包括用於冷卻和加熱的熱電器件

●   ECU核心功能模塊，其中包括微控製器、電源和通信元件

英飛淩擁有不同集成度和可擴展的完整芯片解決方案。

對於包括電動折疊功能的座椅位置控製，根據座椅的功能和規格不同
，這些有刷直流電機電流等級可從5-20 A不等。

主副駕座椅的常見配置是
，每個座椅配置四台電機來控製

●   靠背角度

●   座椅高度

●   座椅底座的傾斜度

●   整個座椅的前向和後向移動

對於電動折疊座椅，通常由兩個較大電機來降低和升高座椅靠背。

英飛淩MOTIX™柵極驅動器與OptiMOS™ MOSFET組合可解決這些多電機應用的設計挑戰。

英飛淩集成式MOTIX™ TLE92104/108柵極驅動器IC的使用可減少外部元件的使用，並節省電路板空間，從而縮小尺寸和降低成本。這些元器件集成了4個或8個半橋驅動器，並擁有出色的靜態電流表現。

使(shi)用(yong)內(nei)部(bu)集(ji)成(cheng)的(de)電(dian)流(liu)源(yuan)可(ke)實(shi)現(xian)寬(kuan)範(fan)圍(wei)的(de)診(zhen)斷(duan)功(gong)能(neng)從(cong)而(er)幫(bang)助(zhu)設(she)計(ji)者(zhe)減(jian)少(shao)眾(zhong)多(duo)外(wai)部(bu)器(qi)件(jian)的(de)使(shi)用(yong)。此(ci)外(wai)，它(ta)集(ji)成(cheng)了(le)電(dian)流(liu)檢(jian)測(ce)運(yun)算(suan)放(fang)大(da)器(qi)，其(qi)輸(shu)出(chu)既(ji)可(ke)供(gong)內(nei)部(bu)使(shi)用(yong)，也(ye)可(ke)提(ti)供(gong)給(gei)微(wei)控(kong)製(zhi)器(qi)。如(ru)此(ci)

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例如，兩款IC還具有可配置的短路檢測保護功能，通過直接關斷處於短路狀況的MOSFET，可以減少控製器的負荷
，從而減少軟件工作量以及檢測和反應所需的時間。更短反應時間使得可以使用低功率MOSFET，節省器件成本和電路板空間。

在不影響功耗的情況下通過EMC試驗是個重大挑戰。對此，英飛淩提供獲得專利的自適應MOSFET控製技術可提供多級

、可編程的柵極驅動電流，從而允許通過軟件優化EMC性能而不影響功耗。該多級擺率控製技術可通過SPI通訊實現EMC優化，可以獨立調整死區時間及導通和關斷延時從而實現擺率調節。

而且，外部MOSFET開關時間的板上測量和自適應允許：

●   平衡功耗與EMC性能

●   調整MOSFET的批件偏差

●   避免需要進行下線校準

最後
，這些柵極驅動器的另一優勢是
，能以最小的設計工作量和解決方案成本實現多個配置等級。

MOTIX™ TLE92104和TLE92108分別集成了4個和8個半橋驅動器，但擁有相同的封裝、引腳分配，使得無需改變電路板
，以最小的工作量即可實現可擴展的設計。

與座椅位置控製有關的另一產品是采用SSO8封裝的全新集成半橋MOSFET。若想節省空間
，隻考慮封裝尺寸並不夠

，還需考慮布局需求。

在電動座椅模塊等電機驅動應用中，TLE92104和108柵極驅動器與外部MOSFET的組合可實現緊湊的設計。該方案優於繼電器或智能高邊和低邊開關。雖然雙MOSFET很常見，但它們不適合用於電機驅動半橋和H橋配置所需的電路板布局。

除英飛淩柵極驅動器所具有的優勢，全新OptiMOS™6可在內部被配置為半橋，從而避免在電路板上布線，並降低雜散電感。因此
，除了減少電路板上的走線，這些MOSFET還能通過避免由較長電路板走線中的雜散電感導致的電壓尖峰，來省去外部EMC濾波器。

除了新的半橋配置MOSFET，英飛淩還提供許多其他封裝選擇，包括備受歡迎的微型S3O8單MOSFET以及標準配置SSO8雙MOSFET。

在氣候控製方麵，先進的加熱和製冷座椅含有熱電器件。這些器件由H橋配置驅動，根據電流流動方向實現加熱或冷卻功能。結合了英飛淩MOSFET的MOTIX™ TLE92108或TLE92104是理想的解決方案。

更簡單的設計可以使用由智能高邊開關驅動的電阻式加熱元件和風扇。

座椅加熱器一般由5A阻性負載組成，通常每個座椅包含兩個負載：一個用於加熱坐墊表層，一個用於加熱座椅靠背。這些加熱元件可被單獨驅動，也可作為一個10A負載被同時驅動。溫度可通過慢速PWM（頻率範圍：10Hz以下）來調節。

目前正在出現的一個趨勢是，通過增加低邊開關增強安全性，這是為了確保在高邊電池發生短路時能夠關閉加熱元件。

通風風扇通常使用1.5-2A的單向有刷直流電機。它們也由智能高邊開關（如英飛淩的PROFET™+2 12V係列器件）驅動。

英飛淩可擴展的


、麵向12V應用的PROFET™+2係列智能高邊開關，包括同時能夠驅動座椅加熱器和通風風扇的器件。它們具有出色的靜態電流表現及先進的診斷和保護功能。

PROFET™器件在驅動座椅加熱元件和許多其它負荷方麵具有很多成功案例。PROFET™+2 BTS7係列是PROFET™器件家族的最新成員，采用引腳兼容型封裝， 導通電阻從1.2-200 mΩ不等。

以電動汽車為例：每一毫安電流對於延長續航裏程都是寶貴的。隨著越來越多功能被加入到ECU中
，需要的智能開關也越來越多
，這使得總工作電流更為關鍵。在這種情況下，PROFET™+2 12 V係列在睡眠模式和工作期間都擁有出色的能源效率以及更低的電流消耗。

除了負載驅動器，英飛淩的芯片產品組合還包括支持ECU核心功能的解決方案：微控製器、電源、通信、傳感器、以及電池反接保護。

首先來看微控製器，TRAVEO™ T2G係列32位基於ARM©內核的微控製器，在性能、封裝
、內存、外設
、和安全方麵都具有可擴展性。

TRAVEO™ T2G係列從512千字節擴展到8兆字節閃存，並使用ARM© Cortex©-M4和M7內核。

然而
，最適合典型座椅模塊的是使用ARM© Cortex©-M4內核，擁有1兆和2兆字節閃存的器件。TRAVEO™ T2G降低了關斷待機電流，延長了電池壽命，且在有源模式下擁有超低功耗。而且
，它還擁有從睡眠模式到休眠模式等的五種電源模式。

而且

，雖然如今的座椅模塊通常達到了ASIL中“QM”的要求
，但汽車行業已有向更高ASIL等級邁進的趨勢。對此，TRAVEO™ T2G係列擁有能夠達到ISO 26262 ASIL-B等級的功能安全概念。它還提供完整的硬件和軟件功能安全解決方案，並擁有硬件安全手冊、FMEDA和安全文檔及軟件產品支持。

接下來
，在座椅控製器核心功能中，我們來看看電源和通信功能。

由於座椅模塊設計人員正在尋求更小型的集成化解決方案，他們通常偏向於使用係統基礎芯片（SBC）。SBC不僅集成了電源和通信功能
，還集成了非板載傳感器電源和喚醒輸入等額外的係統支持功能。

對於座椅模塊，Lite SBC和Mid-Range+ SBC都能滿足典型的電源和通信需求。通過利用開關輸入和CAN信息，在睡眠模式下
，甚至在啟用喚醒功能時，它們都具有出色的靜態電流表現。

在電源方麵，這些SBC與座椅應用中使用的典型微控製器非常匹配。Mid-Range+ SBC在該領域尤為成功。

對於3.3 V微控製器，如果需要，可提供支持3.3 V VCC1的型號。要想得知具體是哪些產品型號，隻需查看產品名稱，最後是“V33”的即為這些型號。

除了這些集成SBC，對於需要分立器件解決方案的客戶
，英飛淩的OPTIREG™係列還包含全係列的低壓差穩壓器
，以及獨立的CAN和LIN收發器。

接下來，我們來看看許多座椅模塊設計中使用的Mid-Range+ SBC功能。

電動座椅模塊通常通過CAN與BCM通信。但也可利用LIN：

●   與從模塊通信（在這裏，駕駛員座椅模塊充當與乘員座椅模塊通信的主模塊），或者

●   與安裝在座椅側麵的開關麵板通信

為了支持不同的LIN
，Mid-Range+係列擁有帶0
、1或2個LIN收發器的型號。除了可靠性、魯棒性和易用性之外，Mid-Range SBC和Lite SBC還有一個重要功能是“limp home”（跛行模式）輸出。該“limp home”（跛行模式）功能的典型應用是啟用安全狀態。當微控製器出故障時，它能確保車輛不出現預期之外的操作。

SBC集成有受保護的可配置開關，可用於LED、蜂鳴器和傳感器電源等。它還包括喚醒輸入。

高集成度的Mid-Range+ SBC降低了係統和BOM成本
，減少了元件布局
、開發工作量和電路板尺寸。

除了集成電源和通信，電機係統還可實現更多的集成功能
，即結合Mid-Range+係統基礎芯片與2個或4個半橋驅動器的關鍵特性。

半橋驅動器IC MOTIX™ 104和108集成了柵極驅動器的許多重要功能
，包括自適應MOSFET控製。自適應MOSFET控製技術可提供多級、可編程的柵極驅動電流，從而允許通過軟件優化EMC性能而不影響功耗。

即便與同類最佳的SBC和MOTIX™多MOSFET驅動器IC相比
，電機係統IC憑借其獨一無二的更高集成度，仍然具有最低水平的靜態電流。該電機係統IC係列還支持靈活設計，可擴展多個功能。

回到可靠性和魯棒性，必須提到的是，MOTIX™柵極驅動器、Lite SBC和電機係統IC都含有一個外部電荷泵，使得它們更容易實現電池反接保護或安全開關。

對於電池反接保護和安全開關，我們建議選擇英飛淩車規級MOSFET和采用SSO8封裝的OptiMOS™ 6 40 V係列。

不要忘記，在座椅應用中還會用到傳感器。

追蹤座椅位置非常重要。雖然許多設計人員在尋求無傳感器控製方案，但如今的大多數設計都使用霍爾傳感器來幫助追蹤座椅位置。

但是，這些傳感器並非安裝在座椅控製ECU中，而是安裝在座椅骨架內。因此，它們和座椅控製ECUkenengbushilaizitongyijiachangshang，gengkenengshiyouzuoyizhizaoshangzixingzhidinghecaigoude。youshihou
，zuoyizhizaoshanghezuoyigongyingshangdoushuyutongyijiagongsi
，zhishishuyubutongdeshiyebu。danzuichangjiandeyewumoshiwei，zuoyijizuoyikongzhiECU由OEM分開采購。

總結

最後，英飛淩解決方案在智能電動座椅應用的優勢為：

●   尺寸減小，成本降低

●   關斷待機電流減小，延長了電池壽命

●   高可靠性和魯棒性

●   不影響功耗的情況下可以通過EMC測試

●   以最小的設計工作量支持實現多個配置等級

英飛淩擁有包括微控製器、柵極驅動器
、MOSFET、智能開關、電源和通信器件在內的完整解決方案以及配套的全係列半導體產品組合係列，是設計該解決方案的理想合作夥伴。

作者：張獻輝 蔡震華  來源：英飛淩

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