车用LIN控制交流发电机稳压器TC80310

摘要：TC80310是飞思卡尔半导体公司推出的一款汽车专用单片式交流发电机稳压器集成电路(IC)。与其以往稳压器产品相比，保留了负载响应控制(LRC)功能，特别地集成了本地互联网络(LIN)。使汽车引擎控制单元(ECU可以通过LIN调节励磁电流和LRC速率等参数，控制发电机的输出电压。独特的自启动工作模式可以使电机作为启动发电一体机，并应用在汽车启停系统上。

在汽车使用过程中，经常由于外界因素和内部参数变化的影响而导致汽车速度不稳定，影响汽车的运行质量，严重时还会产生不良后果。为此应在汽车供电线路中安装交流发电机稳压器，以改善和消除上述现象。TC80310是一款单片式交流发电机稳压器集成电路(IC)。能与本地互联网络(LIN)集成，为汽车交流发电机提供增强型控制功能。交流发电机制造商可以利用IC可编程这一特性控制电池调节电压，以便在汽车的整个生命周期优化整体性能和电池使用寿命。独特的自启动工作模式可以使电机作为启动发电一体机，应用在汽车启停系统上。

1 芯片介绍

80310引脚功能及外围电路如图1所示。

内部结构示意图如图2所示。80310由B+A引脚提供电压。这个电压也是控制电路的反馈电压。VP1和VP2是分别来自于PH1和PH2相信号。两信号压差为相电压，当相电压大于0.45V时为有效。当VP1>8V且VP2<1V时产生内部脉冲信号P1_AND_P2(CLK Phase)，可反应当前相频率。IC通过MOSFET的高侧提供电流给交流发电机的励磁线圈。芯片内部提供一续流二极管，保持汽车的电池电压在设定值，并且输出电流(高达8.0A)给电力设备。ADC用于电压、电流、热反馈中的模数转换。POR(Power On Reset)模块的目的是给主逻辑产生一个电启动信号。能隙模块为其他模块提供电压电流。IC可以通过OTP(One Time Programmable)编程(出厂时一次性写入)，以适应多种发电机和设备。

80310有一个工业级LIN协议接口(1.3版)。这使ECU可以调节发电机的目标电压(10.6～16V)、LRC斜坡时间、LRC禁止频率和励磁限流。 ECU也能通过LIN读取Die温度、励磁电流、EXC占空比(DF)、产品信息和多种错误信息。一旦实现了LRC禁用频率，充电系统将提供更加快速的响应。当发动机处于低转速时，突发的电气负载需求增加会导致突发扭矩负载，LRC消除了由此而导致的发动机速率震荡和振动。

2 工作模式

2.1 LIN模式

在等待状态时，在未检测到有效的相电压的前提下，Master可以通过LIN发送控制信号唤醒80310可以进入LIN模式(从机地址为#39或#2B)。工作状态如图3所示。

当80310诊断Master的命令有效(发电机目标电压不等于10.6 V且无错误信号)时，进入预励磁状态。此时，若B+A的电压低于目标电压，预励磁为占空比13.5%的PWM，否则占空比为4.1%。预励磁的目的是增强发电机的磁化，以保证发动机启动时发电机转子最小相电压。当相速度达到800RPM时，进入LRC控制。

在LRC控制下，80310控制励磁的占空比逐渐增大，调节发电机的输出电压至设定电压。此时相频率和输出电压随着励磁的增加而增加。当相频率达到2400RPM，并且输出电压达到目标电压，则进入无LRC调节控制。这时，80310控制励磁的占空比不变，输出电压稳定。如果相频率低于2400RPM，80310重新回到LRC模式。如果相频率低于500RPM，则退出LRC控制，进入预励磁模式。

在LRC和无LRC控制周期中，如果上一个周期内相电压低于8 V，则进入重复调节模式，直到高相电压出现。此时励磁占空比为100%。在第8个周期结束时，如果还没出现高相电压，则返回上一状态。

若总线上超过3 s无LIN控制信号，则自动进入自启动的工作模式。

LIN模式的标准工作状态下，相电压、励磁和电池电压的示意图如图4所示。

2.2 自启动模式

在等待状态时，先检测到有效的相电压而非LIN信号，则80310被唤醒进入自启动模式。在唤醒后100 ms内，若检测相频率大于3 000 rpm，80310提供占空比为100%的励磁。否则返回等待状态，等待下一次被唤醒。若100%的励磁使电机在100 ms内启动，则进入预励磁状态，之后的工作状态与LIN模式相同，目标电压默认为13.8 V。如果电机未能启动，则返回等待状态，等待被唤醒。

这一模式中芯片提供了100%的励磁，使电机可以自启动。通过改变电机控制电路的电流方向，就可以使电机在发电机和电动机直接切换。这样电机就可以作为启动发电一体机。处在自启动模式时，一旦检测到有效地LIN控制信号，就进入LIN模式。3 s内无LIN控制信号则再次按照自启动模式的工作方式。

对于轻型轿车，自启动模式基本可以满足汽车正常启动和行驶中对电机的要求。但当能量回馈时，电机工作在发电模式，并需要一个更大的转矩来回收能量，这时LIN模式能快速的帮助能量的回收。

2.3 其他工作模式

当电池输出电压为10.6～16 V时，80310工作在正常模式(LIN模式和自启动模式)。大于16 V时，80310给予最小PWM占空比(4.1%)的励磁。并在电压大于16.5 V时过压错误检测。大于21 V卸载保护，关闭励磁。小于10.6 V时，给予最大励磁。低于5.0 V，逻辑复位。

3 典型应用

80310适用于6相无刷直流电机。按照应用电路搭建实验环境，分别测试LIN模式和自启动模式。图5为LIN模式下，目标电压设为14.7 V，系统达到稳定状态即无LRC调节时的波形。此时，B+A的电压约等于目标电压14.7 V，励磁占空比稳定在44.4%。

4 结束语

TC80310通过与ECU之间的单线LIN连接，使电机的可控性提高、电池电压稳定、系统更加安全。