剖析車用LIN控制交流發電機穩壓器TC80310

在汽車使用過程中，經常由于外界因素和內部參數變化的影響而導致汽車速度不穩定，影響汽車的運行質量，嚴重時還會產生不良后果。為此應在汽車供電線路中安裝交流發電機穩壓器，以改善和消除上述現象。TC80310是一款單片式交流發電機穩壓器集成電路（IC）。

能與本地互聯網絡（LIN）集成，為汽車交流發電機提供增強型控制功能。交流發電機制造商可以利用IC可編程這一特性控制電池調節電壓，以便在汽車的整個生命周期優化整體性能和電池使用壽命。獨特的自啟動工作模式可以使電機作為啟動發電一體機，應用在汽車啟停系統上。

1 芯片介紹

80310引腳功能及外圍電路如圖1所示。

內部結構示意圖如圖2所示。80310由B+A引腳提供電壓。這個電壓也是控制電路的反饋電壓。VP1和VP2是分別來自于PH1和PH2相信號。兩信號壓差為相電壓，當相電壓大于0.45V時為有效。當VP1》8V且VP21V時產生內部脈沖信號P1_AND_P2（CLK Phase），可反應當前相頻率。IC通過MOSFET的高側提供電流給交流發電機的勵磁線圈。

芯片內部提供一續流二極管，保持汽車的電池電壓在設定值，并且輸出電流（高達8.0A）給電力設備。ADC用于電壓、電流、熱反饋中的模數轉換。POR（Power On Reset）模塊的目的是給主邏輯產生一個電啟動信號。能隙模塊為其他模塊提供電壓電流。IC可以通過OTP（One Time Programmable）編程（出廠時一次性寫入），以適應多種發電機和設備。

80310有一個工業級LIN協議接口（1.3版）。這使ECU可以調節發電機的目標電壓（10.6～16V）、LRC斜坡時間、LRC禁止頻率和勵磁限流。 ECU也能通過LIN讀取Die溫度、勵磁電流、EXC占空比（DF）、產品信息和多種錯誤信息。一旦實現了LRC禁用頻率，充電系統將提供更加快速的響應。當發動機處于低轉速時，突發的電氣負載需求增加會導致突發扭矩負載，LRC消除了由此而導致的發動機速率震蕩和振動。

2 工作模式

2.1 LIN模式

在等待狀態時，在未檢測到有效的相電壓的前提下，Master可以通過LIN發送控制信號喚醒80310可以進入LIN模式（從機地址為#39或#2B）。工作狀態如圖3所示。

當80310診斷Master的命令有效（發電機目標電壓不等于10.6 V且無錯誤信號）時，進入預勵磁狀態。此時，若B+A的電壓低于目標電壓，預勵磁為占空比13.5%的PWM，否則占空比為4.1%。預勵磁的目的是增強發電機的磁化，以保證發動機啟動時發電機轉子最小相電壓。當相速度達到800RPM時，進入LRC控制。

在LRC控制下，80310控制勵磁的占空比逐漸增大，調節發電機的輸出電壓至設定電壓。此時相頻率和輸出電壓隨著勵磁的增加而增加。當相頻率達到2400RPM，并且輸出電壓達到目標電壓，則進入無LRC調節控制。這時，80310控制勵磁的占空比不變，輸出電壓穩定。如果相頻率低于2400RPM，80310重新回到LRC模式。如果相頻率低于500RPM，則退出LRC控制，進入預勵磁模式。

在LRC和無LRC控制周期中，如果上一個周期內相電壓低于8 V，則進入重復調節模式，直到高相電壓出現。此時勵磁占空比為100%。在第8個周期結束時，如果還沒出現高相電壓，則返回上一狀態。

若總線上超過3 s無LIN控制信號，則自動進入自啟動的工作模式。

LIN模式的標準工作狀態下，相電壓、勵磁和電池電壓的示意圖如圖4所示。

2.2 自啟動模式

在等待狀態時，先檢測到有效的相電壓而非LIN信號，則80310被喚醒進入自啟動模式。在喚醒后100 ms內，若檢測相頻率大于3 000 rpm，80310提供占空比為100%的勵磁。否則返回等待狀態，等待下一次被喚醒。若100%的勵磁使電機在100 ms內啟動，則進入預勵磁狀態，之后的工作狀態與LIN模式相同，目標電壓默認為13.8 V。如果電機未能啟動，則返回等待狀態，等待被喚醒。

這一模式中芯片提供了100%的勵磁，使電機可以自啟動。通過改變電機控制電路的電流方向，就可以使電機在發電機和電動機直接切換。這樣電機就可以作為啟動發電一體機。處在自啟動模式時，一旦檢測到有效地LIN控制信號，就進入LIN模式。3 s內無LIN控制信號則再次按照自啟動模式的工作方式。

對于輕型轎車，自啟動模式基本可以滿足汽車正常啟動和行駛中對電機的要求。但當能量回饋時，電機工作在發電模式，并需要一個更大的轉矩來回收能量，這時LIN模式能快速的幫助能量的回收。

2.3 其他工作模式

當電池輸出電壓為10.6～16 V時，80310工作在正常模式（LIN模式和自啟動模式）。大于16 V時，80310給予最小PWM占空比（4.1%）的勵磁。并在電壓大于16.5 V時過壓錯誤檢測。大于21 V卸載保護，關閉勵磁。小于10.6 V時，給予最大勵磁。低于5.0 V，邏輯復位。

3 典型應用

80310適用于6相無刷直流電機。按照應用電路搭建實驗環境，分別測試LIN模式和自啟動模式。圖5為LIN模式下，目標電壓設為14.7 V，系統達到穩定狀態即無LRC調節時的波形。此時，B+A的電壓約等于目標電壓14.7 V，勵磁占空比穩定在44.4%。

4 結束語

TC80310通過與ECU之間的單線LIN連接，使電機的可控性提高、電池電壓穩定、系統更加安全。

編輯：jq