TLE8201

　　TLE8201是一種用于車門模塊的高度集成功率ASSP(專用標準產品)。其中包括用于驅動典型前車門應用中負載所必需的功率級，這些負載包括中央門鎖、死鎖或后視鏡折疊、后視鏡定位、后視鏡加熱，以及5W或10W車燈或LED(如轉向信號燈、門控車室照明燈/安全警報燈或控制面板照明燈)等。

圖1 TLE8201方框圖

　　TLE8201具有符合汽車應用安全規范的短路與超溫保護功能和完備的診斷功能。而電流感應輸出則能提升系統的整體性能。

　　標準的SPI接口不但能減少微控制器I/O線路的長度，而且還可靈活控制功率級，并提供完備的診斷功能。

　　TLE8201擁有兩個PWM輸入端，均為直接功率級控制輸入端，可增強PWM映射的靈活性。SPI寄存器中的信息定義將由PWM輸入端控制的功率級。可對PWM功能進行配置，最多可支持八個功率晶體管。

　　該器件采用Power-SO封裝，配有一個大型散熱塊，因此具有良好的熱阻性能。引腳經過優化處理，可實現高效的PCB設計。TLE8201的應用不但有利于節省PCB面積和節省成本，而且能增強系統質量，并提高產量。

　　TLE8201應用電路

　　圖2為車門控制模塊中的TLE8201應用電路。

?圖2 應用電路

　　電源

　　TLE8201擁有兩個電源輸入端：所有功率驅動器均與連接至汽車12V電源線的供電電壓Vs引腳相連。內部邏輯電路部分則由一個獨立的5V Vcc電壓供電。這樣，即使Vs發生短時停電，也可確保存儲于邏輯電路中的信息不受影響。

　　TLE8201要求配備外部反極性保護，它配有一個電荷泵輸出端，用于連接外部n通道邏輯電平MOSFET。該保護電路的連接方法如圖2所示，柵極電壓由引腳GO提供。

　　通過把INH輸入設置為“低”，可將TLE8201置于低能耗模式。在休眠模式下，所有輸出晶體管均被關閉，SPI停止工作。在此模式下，總靜態電流的最大值僅為6μA(Vs和Vcc)。

　　SPI

　　SPI用于實現與控制單元的雙向通訊。當通過CSN(chip-select-not)輸入(H至L)模式選擇芯片時，則會啟動傳輸周期。16-位控制字通過DI串行數據輸入端讀取。狀態字則同步顯示于DO串行數據輸出端。同步通訊通過串行時鐘輸入端CLK實現。

　　如圖3所示，16位SPI框架由一個可尋址塊、一個地址獨立塊和一個2位地址構成，包括兩個控制寄存器和兩個診斷寄存器。地址獨立輸入部分用于一般性設置，地址獨立輸出部分則用來標記錯誤和記錄溫度信息。

圖3 SPI結構

　　PWM輸入

　　PWM-ing是TLE8201提供的一種非常靈活的功能。可通過兩種PWM模式配置對所需功率級進行控制：將PWM1和PWM2引腳與微控制器的計時器通道相連，然后選擇所需HSsel位，以激活PWM功能。建議將PWM頻率設置為200 Hz以下，以最大限度地減少開關損耗導致的功率消耗。

　　電流感應

　　ISO(感應輸出)引腳提供與所選功率輸出端流向GND的輸出電流成比例的電流。輸出端選擇通過SPI實現。

　　而感應電流則由外部感應電阻器R43轉換成電壓，并送至A/D變流器輸入端。

　　輸出級

　　輸出1-6為半橋，輸出7-11則是高邊開關。閂鎖電機和后視鏡折疊電機均可連接至輸出1、輸出2和輸出3。輸出2是兩個電機電流之和。兩個后視鏡定位電機連接至輸出4、輸出5和輸出6。高邊驅動器輸出7用于驅動后視鏡加熱器。輸出8和輸出9用于驅動5W車燈。輸出10可與輸出11相連，共同驅動10W車燈。

　　閂鎖控制

　　啟動

　　TLE 8201的輸出1和輸出2均與閂鎖電機相連。車門控制模塊中的微控制器通過SPI與TLE 8201進行通訊。開啟電源后，門鎖狀態或者由車身控制模塊接收并傳送至車門控制模塊，或者由車門控制模塊通過LIN或CAN直接接收。車門或開關面板發出開關輸入請求，或者收到BCM發來的CAN/LIN消息時，就會啟動閂鎖電機。

　　圖4所示為閂鎖電機的啟動波形。通道1是流過閂鎖電機的電流。通道2和3為TLE 8201中輸出1和輸出2的電壓輸出。未采用PWM軟啟動時，啟動突波電流可能達到2A。啟動后，電流會下降至0.8A左右。閂鎖完全閉合或打開時，若發生電機堵轉，則可執行閂鎖電機自動停機。檢測電機堵轉時，可通過TLE 8201的ISO輸出端來測量電機電流;該輸出端與接地感應電阻器R43相連，并通過保護電阻器R42與MCU模擬輸入端相連。

　　塊檢測標準的計算方法如下：

　　KILIS12 = 2000，R43 = 910ohm，根據波形可知，最小塊電流為IOUT = 2.5A;然后，即可計算出塊檢測電壓：塊檢測電壓(Vblock-detection)= IISO * R43 = IOUT/KILIS12 * R43 = 2.5A/2000 * 910V/A=1.1375V

　　檢測出塊電壓后，將HS1和HS2切換至“高”位，以使電機進入續流模式。HS1和HS2均保持高位100毫秒。從L切換至H時，最少將出現3 微秒的空載時間，以確保不會發生開關傾斜(switching slope)重疊現象，從而避免出現渦流(cross current)。

　　續流過程中，會存在較小的電流，這是閂鎖電機的特殊機械結構造成的結果。閂鎖中有一個彈簧，用于保護閂鎖，使之免受損壞，否則，閂鎖會猛擊門鎖上部。

　　以下為普通DC電機的電壓計算公式：

其中，Vbat表示外部電壓;i 表示電機電流;L 表示電機感應器;n 表示電機速度;R 表示內部電機電阻。

　　當電機幾乎呈勻速運行時，Vbat=iR+K0n(如圖1所示)。需要指出，K0n表示電機的反電動勢。

　　當電機開始續流時，

續流結束后，由于不存在電機電流(即不存在電機扭矩)，彈簧會將閂鎖電機略推回一點。也就是說，閂鎖電機的轉速會從零變為負值，從而產生正電流，通過電機。

圖4 閂鎖啟動波形

　　保護與診斷

　　啟動狀態(ON-state)下，可通過橋輸出的低邊開關實現開啟負載檢測：當通過低邊晶體管的電流低于參考電流，且IOCD處于啟動狀態的時間超過開啟負載檢測延時tdOC時，則會設定相應的開啟負載診斷位。但是，輸出晶體管仍保持啟動狀態。開啟負載出錯位被鎖定，并可通過SPI狀態寄存器復位或開電復位重新設置。

　　后視鏡折疊控制

　　正常運行

　　后視鏡折疊電機由TLE8201的輸出2和輸出3驅動。由于各個半橋以串聯方式相連，而且通道電流也存在限制，因此一次只可驅動一個電機。所以只要閂鎖電機在運行，就無法啟動后視鏡折疊輸出。

　　圖5所示為后視鏡折疊電機正常運行時的波形。通道1是流過后視鏡折疊電機的電流。通道2是輸出3的電壓，通道3則是輸出2的電壓。根據該波形，啟動時突波電流的最大值是2.52A，而運行過程中的額定電流則為0.4A。

圖5 后視鏡折疊電機正常運行時的波形

　　電機會保持運行直至鎖定或者超過3秒鐘。因為后視鏡折疊電機采用特殊的機械結構，所以當電機被鎖定時就會出現開啟負載!由于鎖定過程中的電流會降至0A，因此電機無需續流。

　　短路保護

　　圖6顯示了TLE8201的短路保護行為。各通道的含義與圖5相同。在正常運行過程中，輸出2(通道3)的電壓較高，輸出3(通道2)的電壓則較低。額定電流為0.4A，圖6中看起來似乎為0A。

　　當電機端子短路，且電流超過輸出3(ISD34通常為4A)停機閾值ISD的時間超過停機延時tdSD時，輸出3的輸出晶體管會關閉，并設定相應的診斷位。由于輸出2的短路停機閾值高于8A，所以輸出2的輸出晶體管會繼續運行。因此，輸出3的電壓會增加至與輸出2電壓相等的水平。

　　延時過程中，電流值限制為輸出3的ISC(ISC34通常為6A)。延時相對較短(通常為25微秒)，以便減少設備短路時的能量消耗。這種設計能夠提供電機應用中所需的高峰電流。在向SPI發送狀態寄存器復位指令或執行開電復位之前，輸出級將保持關閉狀態并設定出錯位。

?圖6 短路保護行為

　　后視鏡定位控制

　　采用兩個電機，輸出4連接至X電機，輸出5連接至兩個電機，輸出6則與Y電機相連。圖7所示為其中一個后視鏡定位電機正常運行時的波形。

　　按下按鈕，就會激活某個狀態。當后視鏡折疊電機處于激活狀態時，不能激活后視鏡X-Y輸出。此類輸出不具備PWM控制。啟動時的突波電流約為 0.2A，而額定電流則為0.1A。雖然無需使用主動制動，但在后視鏡移動過后，高邊開關會在100毫秒的續流時間內保持活動狀態。

　　圖7顯示了短路保護行為。輸出1-6所用的短路保護理論完全相同。唯一差別在于短路停機電流閾值和短路電流值不同。

圖7 X-后視鏡電機正常運行時的波形

圖8 短路保護行為

　　后視鏡除霜控制

　　PTC加熱器件由TLE 8201輸出7驅動。超過固定的10秒開啟時間時，輸出由低頻(如10Hz)PWM控制，負載循環通常為40%。對PWM的控制則通過SPI由軟件實現。門鎖激活時，加熱器關閉，以降低通過TLE 8201的總體電流。

　　車燈控制

　　正常運行

　　門控車室照明燈和安全警報燈均由TLE 8201輸出端10和11同步驅動。輸出端由200 Hz PWM(劇場燈光效果)在2秒內接通/斷開。PWM則由PWM2輸入控制。轉向信號燈(10 w)由TLE 8201輸出端8和9驅動。輸出由低頻(如1.5 Hz)PWM控制，負載循環通常為50%。對PWM的控制則通過SPI由軟件實現。

　　接地保護輸出短路

　　接地保護輸出短路行為顯示出接通過程中發生的短路與開啟狀態下發生的短路之間的區別。

　　接通過程中的短路

　　在輸出的接通過程中，通過電流和電壓水平來檢測有無短路。如果開關(如輸出8)打開而且短路條件有效，電流會超過停機閾值ISD8(1.8A至 3.5A)，而輸出端的電壓則會低于VSD8(1.5V至3.3V)。超過tdSDon8(125微秒至350微秒)時，輸出晶體管關閉，并設定相應的診斷位。延時過程中，電流值限制為ISC8(通常為4.2A)，如圖9所示。通道1為輸出電流，通道2則為輸出電壓。

圖9 接通過程中短路保護的波形

圖10 接通過程中的短路保護

　　開啟狀態中的短路

　　若開關已打開并發生短路，且電流超過停機閾值ISD的時間超過停機延時tdSD(10微秒至60微秒)時，輸出晶體管會關閉，并設定相應的診斷位。該機制與電壓Vout無關。見圖11。

圖11 開啟狀態中的短路保護

　　開啟負載

　　圖12顯示了高邊開關在關閉狀態下的開啟負載。開啟負載檢測通過比較輸出電壓與閾值VOpL來實現。可通過OpLxON位來接通或斷開上拉電流。如果用某一輸出來驅動LED，則應將OpLxON位設為“低”，即切斷上拉電流，因為通過上拉電流施加偏壓時，這些LED可能在關閉狀態下發光。