传统汽车上的空调系统主要是通过手动调节风向和温度，通过手动旋转或拨动拨钮的方式来实现内部机械结构的传动从而实现温度的调节和出风口前后叶片的角度调整。对温湿度和风向风量的调节只能做到粗略开环式单次控制。随着汽车智能化和自动化的程度的日益提高，人们对驾驶舒适性和操作便利性的要求越来越高。类似大面积，广角度的自动扫风功能使得电机自动控制方案成为汽车空调系统的发展趋势。通过在空调系统的多个部位加装合适的控制电机或者控制阀来实现空调风门和出风口的智能化控制，按照车内乘客的控制需求，精准控制风门和出风口转动到期望的位置。
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其中的1、2、3、4分别代表内外循环控制风门、温度控制风门、除霜控制出风口和中下部控制出风口，汽车空调的内外循环及风向调节就是通过这几个风门和出风口来控制的。
集中式控制通过在域控中增加大算力处理器来实现，它的优点是电机的控制策略相对集中，LIN节点地址使用较少；缺点是线束和接插件数量比较多，线束的数量和电机的数量成正比，每个步进电机需要4根驱动线缆，通过两端的接插件将主控板和远端的步进电机相连，在成本和装配复杂度方面都存在一定的弊端。另外如果主控MCU芯片出现故障，其控制的所有电机都会失去控制。
图 2 集中式控制
图 3 分布式控制
针对该领域，泰矽微基于TCM330芯片开发了极具性价比的步进电机控制方案。对于使用BLDC电机的空调出风口方案，泰矽微TCM332也有对应的成熟方案可以选择。本篇章主要介绍步进电机解决方案。
图 4 典型应用框图
基于微步控制的斩波算法
方案特点：
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支持32微步控制，可以实现更精细的步距角控制
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可以进行微小电流角度的控制，减少低速范围的振动和噪声
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支持Mix Decay的工作模式（Fast Decay和Slow Decay相结合），减小电流纹波
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PWM载波频率最高支持40KHz
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充分利用芯片内部的运放和比较器，自动进行PWM的斩波控制，提高MCU利用率
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支持电流过零点开窗检测BEMF电压判断是否发生堵转
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支持过温，过流，过欠压，开短路等诊断功能
基于FOC的控制算法
方案特点：
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电流纹波更小，噪音性能优秀
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转矩控制平稳，相对于开环控制可提供更大的转矩输出，使得整个系统具有很好的动态响应
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PWM载波频率最高支持25KHz
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支持堵转检测
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电机运行效率高
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支持过温，过流，过欠压，开短路等诊断功能
泰矽微空调出风口步进电机控制方案的优势
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全速范围内噪音水平<30dB
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全频段范围的振动指标满足要求
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堵转检测准确可靠
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可通过修改参数快速适配不同电机以提供整体运行效率
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支持三角波和Hershey Kiss调制模式展频功能，便于优化EMI性能
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LIN总线只需极少外部器件就可满足EMC要求
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支持LIN2.2、SAE J2602协议栈，通过德国IHR认证
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QFN24 5mm*5mm超小封装适应更小的板级空间
图 5 步进电机电流波形
图 6 EVK板
图 7 SDK代码
图 8 上位机
TCM330的特性
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32-bit ARM Cortex-M0内核，主频48MHz
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32KB ECC Flash，4KB SRAM，512B ECC EEPROM
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集成4路半桥驱动
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0.5A RMS/1.6A Peak电流能力
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集成电荷泵满足100% 占空比工作
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自适应死区时间和电流上升斜率控制
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高低边MOSFET 防直通保护
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10 路低压IO 和 1 高压IO, 支持数字和模拟功能
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硬件同步触发模式 14 位 1M SPS ADC
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4路 12-bit 马达控制PWM 模块
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1 个16bit 通用Timer，2 个基本定时器
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2 路带8 bit DAC 输出参考的比较器
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2 路精准电流采样运放
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母线电压和相线电压采样ADC 通道
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硬件数学加速引擎支持Arctan / Divider / SQRT
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支持3线或4线SPI 主机/从机接口
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过温，过欠压，开短路，过载检测功能
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集成LIN 收发器，满足LIN 2.x/SAE J2602 and ISO17987-4 协议
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支持LIN 总线自动寻址功能
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时钟扩频功能降低EMI
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QFN 24 5mm*5mm超小封装
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AEC-Q100 Grade1 Ta max=125 °C，Tjmax 150
总结
基于泰矽微TCM330集成式步进电机驱动芯片的空调出风口方案，具有噪音低，振动低，以及成本低等诸多优势。方案成熟度高、自动寻址LIN通信稳定可靠、EMC性能优异、兼容现有主流方案接口，替换简单方便，开发周期短。加上泰矽微全方位的技术支持服务，很好的解决了现有行业内普遍存在的诸多痛点，如芯片价格和方案成本高，技术支持不到位，供货得不到保障。TCM330是国产车规微马达集成驱动芯片的典范。芯片推出至今，已有数十个项目导入。经过一段时间的沉淀和方案不断完善，现正式将该方案面向所有客户开放，欢迎通过泰矽微销售窗口邮箱sales@tinychip.com.cn咨询及索取样品和评估板。
文章来源于泰矽微公众号
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The original article was originally published on WeChat public account (automotive new technology information):一文了解泰矽微汽车空调电动出风口与风门解决方案
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