一种高性价比的电动车窗控制器设计 (1)

      摘 要 结合汽车车门控制模块设计的项目实践，介绍了一种高性能的智能功率芯片TLE7810，并从软件和硬件方面详细阐述了它在低成本电动车控制器中的应用。最后，对电动车窗的防夹功能及其实现方法进行了简单介绍。

　　随着汽车的日益普及，消费者对汽车舒适性的要求也在不断提高。越来越多的汽车开始选择使用单片机为核心的电动车窗控制系统。近十年半导体技术和嵌入式系统的不断发展，使生产商在花费较低成本的同时充分满足消费者对电动摇窗机安全性和舒适性提出的要求。运用单片机控制的电动车窗可以实现对车门各种状态的识别和保护。此外，运用单片机能够进行脉宽调制(PWM)，使用PWM的电机驱动方式可以延长电机使用寿命，并提高车窗升降的性能，降低运行噪声。CAN、LIN等网络总线系统使汽车的模块化设计和模块之间的交互通信得以实现。

　　如今，新一代的智能功率器件正在悄然兴起。这类功率器件融合了单片机的控制功能和功率器件的驱动能力，一方面降低了控制器的生产、设计成本，另一方面使电路更为紧凑，提高了控制器的电磁兼容性能。本文结合汽车车门控制模块设计的项目实践，介绍了一种基于智能功率芯片TLE7810的低成本电动车窗硬件和软件设计，并对电动车窗的防夹功能进行了简单介绍。

1 车门控制模块的整体设计

　　图1是汽车门控模块的原理框图。智能功率器件TLE7810整合了1个8位单片机、1个功率器件以及1个LIN总线驱动器。TLE7810的两个低边开关可以用来控制继电器的初级线圈，进而控制继电器组成的H桥，实现电机正转和反转，即控制了车窗的上升和下降。另一方面单片机产生的PWM信号可以控制连接在车窗电机回路接地端的绝缘栅型场效应管(MOSFET)的快速通断，从而控制电机回路的通断，避免了电机在刚启动的那段时间里满载运行，也就是所谓的电机软启动，同时实现了电压PwM控制。除此之外，电流传感器和霍尔效应传感器还能将电机的运行状态和运行位置及时反馈给单片机，保证了系统运行的鲁棒性。

2 电动车窗的硬件设计

　　2．1 逻辑控制和外部通信

　　功率器件TLE7810内部集成了1块8位单片机芯片、1块功率器件芯片以及1块LIN总线驱动芯片。正是由于TLE7810有着如此高度集成的结构，因此几乎承担了整个控制器全部的逻辑控制和电路驱动任务。TLE7810共有28条引脚，内部通过同步串行端口(SPI)连接。

　　TLE7810内嵌入的8位单片机基于标准的8051架构开发，增加了系统外设并提高了处理器的运算能力，能够实时地对电机电流、电池电压等信号进行采样，接收故障信号和判断车窗运行状态。单片机通过高速SPI发送命令给功率器件，接收来自功率器件的诊断信息。同时，单片机的异步串行通信接口连接到功率器件的LIN驱动芯片，进而与外部LIN总线相连，与其他模块进行通信，以保障行车安全。

　　TLE7810内部的功率器件功能十分强大，它包括：

　　◆单片机和霍尔传感器的驱动电源；

　　◆接收来自单片机的SPI指令，控制两路低边开关和一路高边开关的动作，通过SPI返回诊断信息；