探索多通道栅极驱动器在汽车电动座椅中的优势

除非你乘坐宇宙飞船，否则汽车电动座椅可能是你坐过的最复杂的椅子。汽车电动座椅比飞机座椅更可调节 - 并且比牙医椅更舒适 - 汽车电动座椅提供了豪华的舒适度、便利性和安全性。

无论我们是上下、前后移动座椅，还是调整腰部支撑，电机都能让这些操作变得轻松。除了易于运动的优势外，功能强大的汽车电动座椅还具有其他优势。例如，风扇和加热器等座椅内功能甚至可以通过降低整个车厢温度系统的电力负载来扩展车辆的行驶里程。

电动座椅设计趋势

鉴于汽车电动座椅的选择数量众多，制造商正在寻找驱动多个电机的方法。设计人员传统上使用继电器来切换电机电源，但继电器由几个微小的机械部件组成，速度能力有限。这些缺点，加上继电器每次切换时发出的噪音，使它们不适合用于控制电机速度的脉冲宽度调制 (PWM)。

考虑到集成电路 (IC) 的优势，包括更小尺寸、安静运行、速度控制和可靠性，一种趋势从机电继电器转向集成电路 (IC)。IC 的快速、静音开关可使用 PWM 进行速度控制，以提供多个电机的平稳运动和同步运动。

继电器驱动座椅通常只为每个电机使用一个继电器，第一个 IC 设计遵循这种模式。只有几个电机，复杂性损失是可以容忍的。但是，将多个电机的驱动电路组合到功能齐全的汽车座椅中会带来显着的好处，包括减少材料清单和使用多轴集成驱动器的设计方法导致的更小的电路板空间。

多通道栅极驱动器解决方案

TI 提供专为电动座椅设计的多电机汽车栅极驱动器。DRV8714-Q1 和 DRV8718-Q1 分别具有四个和八个通道的半桥栅极驱动器。它们集成了电荷泵、电流检测放大器和用于多个负载的逻辑。一个 IC 可以控制多达七种不同的电机或电机和加热器的组合，从而减少了座椅模块所需部件的数量。

图 1 显示了使用共享半桥控制三个电机的 DRV8714-Q1。可以单独操作任何电机或同时运行特定组合。我们可以选择金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET) 以最佳匹配电机特性，并调整 DRV8714-Q1 的寄存器以优化性能。

图 1：由 DRV8714-Q1 汽车栅极驱动器驱动的三电机座椅

提高灵活性

凭借多达 8 个通道的半桥驱动器，DRV8718-Q1 的灵活性支持使用正确数量的 MOSFET 驱动双向电机、单向电机（如风扇）和加热器等非电机负载，每个 MOSFET为特定负载量身定制。 

图 2 显示了一个 DRV8718-Q1 控制四个座椅电机以及一个风扇和一个加热器。风扇（单向旋转）只需要一个半桥，而加热器只需要一个高侧 MOSFET，从而减少了外部晶体管的数量——这一切都归功于多通道栅极驱动器的灵活性。

图 2：DRV8718-Q1 汽车栅极驱动器驱动电机、加热器和风扇

由于可以灵活地选择每个外部 MOSFET 以最适合相应的负载，因此可以使用低漏源导通电阻 MOSFET 提高大电流应用中的热性能。DRV8718-Q1 系列通过调整栅极电流来控制转换压摆率，从而提高了电磁兼容性。我们还可以通过更改 MOSFET 来使我们的座椅模块适应各种电机，而无需改变整体设计。

简化的界面

单芯片的另一个优点是可以显着减少到微控制器 (MCU) 的信号。只有四个引脚（使用串行外设接口 [SPI]），MCU 可以通过单个 DRV8718-Q1 控制多达八个半桥，或者菊花链配置中的更多通道，如图 3 所示。这种控制包括为每个半桥设置参数、晶体管的独立或协调控制以及诊断监控。

图3：使用从 MCU 到 DRV8718-Q1 汽车栅极驱动器的菊花链配置控制 16 个半桥

统一控制减少了MCU的工作量。只需一条命令，MCU 即可启用所有驱动器；通过读取一个寄存器，MCU 可以判断是否有任何电机出现故障。如果需要，后续的 SPI 读取可以确定故障通道和详细信息。

结论

汽车电动座椅继续提供更大的舒适性和便利性。然而，驱动他们的电机会带来一些设计挑战。多通道栅极驱动器通过将许多通道集成到单个芯片中以及诊断和电流检测放大器等功能来帮助解决这些挑战。DRV8718-Q1 多通道栅极驱动器提供灵活、紧凑的解决方案，以适应汽车座椅的最新功能。