安森美半导体主要AFS步进电机驱动器产品及关键特性
安森美半导体提供多种多样的步进电机驱动器产品，如AMIS-30621、AMIS-30623、NCV70627、NCV70521及 NCV70522等。这些产品中， AMIS-30621、AMIS-30623及NCV70627采用LIN通信，而NCV70521及 NCV70522采用SPI通信。其中，AMIS-30623是一款单芯片微步进电机驱动器。它是通过LIN建立与主机远程连接的专用机电一体化方案。该芯片通过总线接收定位指令，随后驱动电机线圈到所需位置，可配置电流、速度、加速度和减速度等参数。该芯片自带电机堵转侦测。
图5：AMIS-30623的工作原理示意图。
NCV70522则是一款带稳压器及看门狗功能的SPI通信步进电机驱动IC。这单芯片微步进电机驱动器具有输出电流选择性、SPI接口、嵌入式5V稳压器和看门狗复位等特性。该芯片接收通过一个输入引脚脉冲信号启动“下一步微步”命令，输出线圈电流、微步数等参数。集成的SPI总线允许参数设定及诊断反馈。NCV70522的典型应用电路图如图6所示。
图6：NCV70522典型应用电路图。
NCV70522应用设计要点
我们以NCV70522为例，介绍这芯片在AFS应用中的设计要点。NCV70522的控制要素包括步幅模式、NXT输入及电机运转方向(DIR)控制等。
1) SLA信号特性
NCV70522包含速度及负载角(SLA)输出，配合创建停转检测算法及控制环路，以根据电机的反电动势(BEMF)来调节转矩和速度。
2) SPI寄存器
NCV70522采用标准4线SPI通信(CLK, CSB, DI, DO)，包含3个8位控制(Control)寄存器(0, 1, 2)和4个8位状态(Status)寄存器(0, 1, 2, 3)。
3)复位
CLR引脚为低电平(0)时，器件在正常模式;CLR引脚为高电平(1)时，器件复位。复位号器件内部寄存器值被清除为初始化值。
4) 设置线圈输出电流
NCV70522提供多种输出电流模式，可以通过SPI来对寄存器CUR[4:0]设定来选择。更改后的电流会在下一个脉宽调制(PWM)周期更新。
5) 步幅设定
NCV70522提供从整步到32微步共7种中模式供选择，可以通过SPI对寄存器SM[2:0]来设定。
6) NXT控制
NXT信号用于控制电机的步幅(step)位置，根据电流表对应的Ix和Iy信息，进入下一步(step)。即使电机运转没有启用时，step位置一样被改变，只是Ix，Iy不输出。
7) 堵转检测
AFS应用中步进电机有时可能会堵转。一旦电机堵转，电子控制单元(ECU)将失去前照灯位置的跟踪信息并作出不恰当的反应，滋生极严重的安全问题，所以AFS应用中堵转检测是必不可少。
NCV70522微步步进电机驱动器透过SLA引脚提供BEMF输出，这表示它能实时进行停转检测计算，并根据不同条件来调节检测等级。具体而言，此BEMF电压在每个所谓的“线圈电流过零”期间采样。每个线圈在每个电气周期内存在2个零电流位置，因而每个电气周期共有4个过零观察点，故可以测量4次BEMF。如果4个“线圈电流过流点”中有2个SLA电平低于1.5 V，那么就处于堵转状态。我们需要连续2个以上的电气周期都认定为堵转才为真正堵转。
图7：NCV70522的堵转检测功能。
总结：
自适应前照明系统(AFS)在智能汽车电子产品中应用越来越广泛，通过驱动步进电机来实时控制灯光角度调整，能有效地增加驾驶的安全性。安森美半导体针对AFS系统的步进电机开发了一系列驱动芯片，为客户的设计增强汽车的安全性。本文介绍了AFS特性、驱动IC以及方案设计要点，特别是步进电机驱动难点—堵转检测的剖析，帮助客户快速、准确地开发有效的AFS方案。
