应对CO2排放法规--英飞凌空调风机驱动解决方案

英飞凌中国市场部汽车电子系统应用工程师张涵在“2008中国汽车电子产业发展高层论坛”上的演讲实录：

一般来说排放大家会想到发动机的电控问题，我的思路是发动机是功率的来源，我们在汽车里面其他的应用中如果能够节省更多的能量的话同样达到减排和绿色环保目标。

首先介绍一下空调的鼓风机控制方式，首先主要作用是将室外的空气引入到车体内，然后产生内循环风，然后在普通汽车里面中低端的手调整方式，在高端的汽车里面是自动调整的，一般电流需要6-30安培之间。

最古老的方式是电阻排方式，另外有直流的马达线控方式，还有PWM方式，最高级有无刷马达方式。

首先我们看最古老的电子排方式，鼓风机产生不同的转速，通过串联不同的电阻把空调的鼓风机转数选择，特点是电阻的消耗非常高，最高的时候我们用继电器驱动，另外没有保护的功能，一旦损坏后只有更换。

之后有一种相对来说好一点的解决方案是直流马达的线性控制方式，这种方式在右图看到，在低端有一个功率性的半导体，通过控制开路模拟开关，这种方式和电子排没有太大的区别，也是功耗非常但大，但可以增加一些半导体保护，这些主要是中等风，在空调的应用里面总是风机开的时候功耗比较大，这种控制方式功率损耗功率在60-110W，它的散热片非常大，因为需要60-110W消耗，这样也会造成整个系统的重量比较大。

前两种方案是耗能比的较大，现在方案是PWM方式，脉宽调制方式控制鼓风机，特点是有一个数字单元控制直流脉宽，通过调节占空比和转速的频率对平均的电流进行控制，这样需要的电流开的时候开，需要关的时候关，这样整体的耗能低。PWM用英飞凌半桥电子电路驱动的，但总有开关的话会造成系统的复杂性难点。

目前最高级采用的是直流无刷电机，因为它的功耗很低，用半导体驱动，主要应用到宝马高端车上。

转过头二氧化碳的排放对油耗的影响，首先来看欧洲的控制未来的汽车排放的时间表，2008年欧洲实行二氧化碳排放的量要求14Og/公里，2012年有可能要求到120g/公里，因为二氧化碳的多少直接决定你的整个功耗的多少。

同样美国也有排放要求指标，这个是一个节能的问题，我们每输出100W的功率相当于在100公里行驶功率要占到0.1升的汽油，另外相当于50千重量，每100公里的消耗0.1升汽油，一升汽油排放23.6G二氧化碳，1克二氧化碳/公里相当于40W功率，同样看到人力自行车骑车一公里要排放215G二氧化碳。

另外看到二氧化碳的排放决定着成本高低，汽车的厂商支付的罚款和燃油费，另外基于二氧化碳的汽车税收1gCO2多49.8欧元，所以我们提到空调风机驱动系统，我们取一个具体的应用来思考节能的问题。不同的控制方式的比较，我们从好处讲，PWM脉冲调制方式大量的减少电控板的功率消耗，另外系统的复杂性低，从二氧化碳效率看，减少损耗比线性的控制方式减少80W，所以看到100公里减少0.08升油耗，减少二氧化碳排放，计算一下你可以节省多少成本。

下面看英飞凌的空调风机驱动解决方案，这部分是最大的鼓风机，有一个芯片，另外是空调的面板，下面是不同的空调的风能电机，通过英飞凌的单片机控制刚才提到的鼓风机的电机，另外风门的功率比较小，我们用多半桥的集成芯片控制不同的风门，下面是双半桥控制额外的电机，另外是三半桥驱动剩下的部分，另外是两大功率的继电器，用3405开关控制。

这个是半桥电路BTS7960B，最高达到20k赫兹，导通的电阻非常低只有16毫欧，另外不需要电流泵，另外集成了诊断和电流反馈的信息，通过耗散的功率比较一下，在占空比从0-100过程中，最高的消耗不过2.5W，它的功率的消耗非常低，看到这么大的电机控制板上并非常特意的增加散热片，就能够正常的工作。

另外看到做的实验之后，管脚的温度不超过55度，对于汽车电子高的要求是非常合适的。

另外对两种控制方式，一个是线性和PWM比较，在同一块上比较，左面是PWM，右面是线性方式，这个是常温下做的40度管壳的温度，电压这个是3.38，这个是3.67，但温度差了10度，另外看平均电流只有0.63安培，省了2/3。

这个是半桥电路演示版。

最后我们看看还有一个使用嵌入式的风机马达方案，越来越多汽车电子发展趋势是负载智能，可以把控制器直接放在负载身上，这个是一个示意图，用英飞凌的TLE7810芯片作为嵌入式控制单元，另外用7960作驱动，这样需要的面积不大，把PCB板集成在电机上，看到马达功率、运算的命令通过嵌入式的器件进行通讯，还带有Lin总线的收发器和其他的空调系统车身系统进行通讯，这个芯片有两个部分组成。

其中一个硅片是8位单片机，另外是SPC芯片，8位单片机是16K的flash，可以进行调试和I/O口，以及霍尔传感器的接口，10位的模数转换器。另外带传感器的供电的输出以及开关，集成了Lin总线的收发器。

最后做一个总结，英飞凌有40年以上的经验，我们致力于汽车电子节能环保等领域，我们和广大的汽车电子届的同行一起把节能环保事业共同的推向更好的水平上，谢谢大家！