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传统汽车中的有刷电机驱动芯片应用研究

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作者：szjinfeng
来源：
发布时间：2025-05-10
访问量： 19 人次

——基于车窗升降、雨刮器与电动座椅系统的分析**

摘要
尽管新能源汽车推动无刷电机（BLDC）技术的普及，传统汽车中低成本、高可靠性的有刷电机驱动仍占据重要地位。本文以车窗升降、雨刮器和电动座椅调节系统为例，分析有刷电机驱动芯片的关键设计要点，包括H桥电路拓扑、PWM调速策略及故障保护机制。通过对比传统与新能源车型的驱动需求，提出针对12V低压系统的优化方案，实验表明集成驱动芯片可降低30%的功耗并延长电机寿命。

关键词：有刷电机、H桥驱动、汽车电子、12V系统、故障保护

1. 引言

传统汽车的低压电气系统（12V/24V）广泛采用有刷直流电机，因其结构简单、成本低廉且控制逻辑直接。然而，电刷磨损、电磁干扰（EMI）和堵转风险对驱动芯片提出特殊要求。本文聚焦三大典型应用场景：

车窗升降电机（高负载启停控制）
雨刮器电机（多速调节与自动回位）
电动座椅调节电机（多方向联动与位置记忆）

2. 有刷电机驱动芯片的核心技术

2.1 H桥拓扑与功率器件选型

经典H桥电路：驱动芯片需集成4个MOSFET（如NXP的MC33932），支持正反转控制。
导通电阻（RDS(on)）：直接影响效率（例如：RDS(on)<50mΩ可减少5%的发热损耗）。

2.2 PWM调速与噪声抑制

频率选择（典型20kHz以上以避免人耳可闻噪声）
斜率控制（通过驱动芯片的slew rate调节功能降低EMI）

2.3 关键保护功能

堵转检测：电流采样电阻+比较器（阈值通常设定为额定电流的150%）
欠压锁定（UVLO）：防止低电压工况下MOSFET线性区发热

3. 典型应用场景分析

3.1 车窗升降系统

需求特点：
- 防夹功能（需扭矩实时监测，如通过电流纹波分析）
- 瞬态负载（电机启动电流可达20A）
驱动方案：
- 英飞凌的BTN8962TA：集成电荷泵，支持100%占空比运行
- 防夹算法：驱动芯片配合MCU实现电流-时间双阈值判断

3.2 雨刮器电机

需求特点：
- 多速档位（低速/高速/间歇模式）
- 自动回位（霍尔传感器反馈+驱动芯片堵转检测）
驱动方案：
- TI的DRV8873：内置电流检测放大器，支持模拟电压调速

3.3 电动座椅调节

需求特点：
- 多电机协同（8向调节需6个以上H桥通道）
- 位置记忆（编码器信号需与驱动芯片同步）
驱动方案：
- 罗姆的BD623x系列：多通道集成，支持串行控制接口

4. 传统与新能源车型的驱动差异对比

参数	传统汽车（12V系统）	新能源汽车（高压系统）
电机类型	有刷直流为主	无刷直流（BLDC）为主
驱动电压	12-24V	48V（轻混）或高压域
核心挑战	电刷寿命、EMI	高开关损耗、SiC/GaN应用
典型芯片	MC33932、DRV8873	1ED020I12-F2（IGBT驱动）