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A meno di pilotare un’astronave, i sedili elettrici degli autoveicoli sono probabilmente la sedia più complessa su cui potrete mai sedervi. Più regolabili dei sedili degli aerei, e anche molto più comodi della sedia di un dentista, i sedili elettrici degli autoveicoli offrono comfort, eleganza, praticità e sicurezza.
Tutti i movimenti per alzare e abbassare il sedile o spostarlo avanti e indietro e per regolare il supporto lombare sono facili da manovrare grazie ai motori elettrici utilizzati. Oltre al vantaggio in termini di facilità di movimento, i sedili elettrici degli autoveicoli offrono ulteriori vantaggi e notevoli funzionalità integrate nel sedile, che permettono addirittura, ad esempio, di aumentare l’autonomia del veicolo intervenendo sulle ventole e sui riscaldatori per ridurre il carico di potenza complessivo sul sistema di regolazione della temperatura nell’abitacolo.
Le tendenze nella progettazione dei sedili elettrici
Data la quantità di opzioni disponibili in un sedile elettrico per autoveicoli, i costruttori sono alla ricerca di nuovi modi per azionare un maggior numero di motori elettrici. Tradizionalmente, i progettisti utilizzano i relè per commutare l’alimentazione dei motori elettrici, che sono però composti da numerose parti meccaniche e dispongono di funzionalità limitate in termini di velocità. Questi svantaggi, uniti al rumore emesso dai relè a ogni loro commutazione, li rendono inadatti alla modulazione di larghezza di impulso (PWM), che è utilizzata per controllare le velocità dei motori elettrici.
Una delle tendenze attuali punta ad abbandonare i relè elettromeccanici per rivolgersi ai circuiti integrati (IC) per via dei vantaggi di questi ultimi in termini di minori dimensioni, silenziosità di funzionamento, controllo della velocità e affidabilità. La commutazione rapida e silenziosa di un circuito integrato permette di controllare la velocità tramite PWM per ottenere movimenti fluidi e sincronizzati per mezzo di più motori.
I sedili azionati da relè utilizzano di solito un solo relè per ciascun motore: i primi progetti con circuiti integrati seguivano quindi questo schema. Con un ridotto numero di motori, gli svantaggi in termini di complessità erano tollerabili. Tuttavia, combinando i circuiti di azionamento di diversi motori nei sedili per autoveicoli con funzionalità più ampie è possibile ottenere vantaggi significativi, come la riduzione della distinta base e le minori dimensioni delle scheda che si ottengono grazie ad un approccio progettuale che fa uso di driver integrati multiasse.
Soluzioni per driver del gate multicanale
TI offre driver per gate per uso automotive per più motori e progettati per i sedili elettrici. Il DRV8714-Q1 e il DRV8718-Q1 sono dotati rispettivamente di quattro e otto canali per driver del gate half-bridge, che integrano una pompa di carica, amplificatori di rilevamento della corrente e logica per carichi multipli. Un singolo circuito integrato è in grado di controllare fino a sette motori diversi o una combinazione di motori e riscaldatori, riducendo quindi il numero di componenti necessari per un modulo sedile.
La Figura 1 mostra il DRV8714-Q1, che controlla tre motori con half-bridge condivisi. È possibile azionare separatamente uno qualsiasi dei motori o utilizzare combinazioni specifiche contemporaneamente. Inoltre è possibile scegliere un transistor metallo-ossido-semiconduttore a effetto di campo (MOSFET) per un migliore adattamento alle caratteristiche del motore e per regolare i registri del DRV8714-Q1 in modo da ottimizzare le prestazioni.
Figura 1: Un sedile a tre motori azionato dal driver del gate DRV8714-Q1 per automotive
Flessibilità di azionamento
Con un massimo di otto canali per driver half-bridge, la flessibilità del DRV8718-Q1 consente di azionare motori bidirezionali, motori unidirezionali (come le ventole) e carichi diversi dai motori, come i riscaldatori, utilizzando la giusta quantità di MOSFET, ciascuno dei quali è pensato su misura per il carico specifico.
La Figura 2 mostra un DRV8718-Q1 che controlla quattro motori per sedili, più una ventola e un riscaldatore. La ventola (che gira in una sola direzione) necessita di un solo half-bridge, mentre il riscaldatore richiede un solo MOSFET high-side, il che permette di avere un design con un numero ridotto di transistor esterni: il tutto grazie alla flessibilità del driver del gate multicanale.
Figura 2: Azionamento di motori, riscaldatore e ventola con il driver del gate DRV8718-Q1 automotive
Grazie alla flessibilità di scegliere il MOSFET più adatto per un dato carico, diventa possibile migliorare le prestazioni termiche in applicazioni a corrente elevata utilizzando MOSFET a bassa resistenza di accensione da drain a source. La gamma DRV8718-Q1 permette di migliorare la compatibilità elettromagnetica regolando la corrente del gate in modo da gestire gli slew rate della transizione. Inoltre è possibile adattare il modulo sedile per una gran varietà di motori cambiando i MOSFET senza però alterare il progetto generale.
Interfaccia semplificata
Un ulteriore vantaggio di un chip singolo è la possibilità di ridurre sensibilmente i segnali inviati al microcontroller (MCU). Con solo quattro pin (utilizzando la Serial Peripheral Interface, SPI), la MCU è in grado di controllare fino a otto half-bridge con un singolo DRV8718-Q1 o anche più canali in configurazione daisy-chain, come mostrato nella Figura 3. Questo controllo comprende la possibilità di impostare i parametri per ciascun half-bridge, il controllo indipendente o coordinato dei transistor e il monitoraggio diagnostico.
Figura 3: Controllo di 16 half-bridge utilizzando una configurazione daisy-chain dalla MCU al driver del gate DRV8718-Q1 per automotive
Il controllo unificato riduce il carico di lavoro della MCU: con un singolo comando, la MCU è in grado di abilitare tutti gli azionamenti, mentre con la lettura di un singolo registro può stabilire se uno qualsiasi dei motori presenta delle condizioni di guasto. Le letture SPI successive possono determinare il canale che presenta l’errore e i relativi dettagli, se necessario.
Conclusione
I sedili elettrici per autoveicoli offrono sempre maggiore comfort e praticità. L’azionamento dei loro motori, tuttavia, pone numerose sfide in termini di progettazione. I driver del gate multicanale contribuiscono a superare queste sfide integrando molti canali in un singolo chip, oltre a funzionalità come la diagnostica e gli amplificatori di rilevamento della corrente. I driver del gate multicanale DRV8718-Q1 offrono una soluzione flessibile e compatta per tenere conto delle più recenti funzionalità dei sedili per autoveicoli.
