【IC】 智芯集成三组电流检测放大器的汽车级电机预驱芯片Z20A8300A，符合AEC-Q100标准，支持ASIL-B系统设计
Z20A8300A产品是智芯半导体在2022年7月推出的一款汽车级电机预驱芯片，该产品符合 AEC-Q100 标准，支持ASIL-B系统设计，主要面向12V/24V的各种汽车电机应用，如汽车水泵，油泵，风扇，转向及刹车系统等。该产品的成功推出标志着智芯半导体在汽车电子芯片领域产品布局的进一步发展，填补了国内汽车级无刷电机驱动芯片领域的空白。前期文章介绍过产品的主要特性，本期主要基于Z20A8300A内部集成的电流检测放大器（CSA，Current Sense Amplifiers）展开，介绍芯片内部集成的电流检测放大器特点以及对不同电机应用拓扑的支持。
Z20A8300A内部集成的电流检测放大器
目前不少国产电机驱动仍然采用分立方案，成本高、面积大以及故障检测覆盖率低是其难以摆脱的痛点，此外分立方案的电流放大器增益和输出偏置电压是固定不可配置的，这也降低了客户控制器平台化设计的灵活度。Z20A8300A应用框图如图2所示，该芯片提供了三组电流检测放大器，其增益可配置、输出偏置电压可配置、过流检测阈值及故障响应机制可配置。Z20A8300A产品采用低边电流采样，支持三电阻采样、双电阻采样、单电阻采样等应用拓扑。
增益是电流放大器的放大倍数（Gain），可配置为8种不同的设置，由相关寄存器SAG[2:0]、SBG[2:0]、SCG[2:0]进行配置，客户可以根据电流采样范围需求、采样电阻选型选择最合适的增益配置。此外，该产品支持用户通过SPI进行实时动态配置所有CSA的增益寄存器。增益配置如下，其中SxG代表SAG/SBG/SCG：
输出偏置电压是电流为0A时对应的电流放大器的输出电压值，可配置为16种不同的设置，由相关寄存器SAO[3:0]进行配置，对于梯形波控制算法的电机驱动，通常会将输出偏置电压设置较低以实现更为宽泛的正向电流采样范围和较高的采样分辨率，对于正弦波控制算法的电机驱动，通常会将输出偏置电压设置为ADC参考电压的中间值（2.5V@5V或1.65V@3.3V）以实现负向电流的采样，客户可以根据自己的实际应用需求选择比较合适的输出电压配置，输出偏置电压配置如下：
该电流放大器的输出架构使得系统可以实时同步读取输出电压CSxO和偏置电压SAO的值，可以实现电流放大器的输出校验，并且提高电流采样的精度以及系统的鲁棒性：
1、在电流为0A时，将放大器输出电压CSAO/CSBO/CSCO分别与设定值以及SAO电压值比较，冗余校验电流放大器输出的可靠性；
2、在电流为非0A时，实时监控SAO的输出值，以降低参考电压波动及其他噪声或干扰对电流放大器输出电压精度的影响。
除了通过MOSFET导通期间检测VDS电压判断短路故障外，Z20A8300A还增加了过流检测及保护功能，通过内部集成的比较器判断流经采样电阻的过流故障，如果电机存在过流故障，则可立即关闭所有输出级且对应相的过流故障寄存器置1，并通过拉低DIAG以及SPI通讯将故障反馈给MCU。如果客户不希望过流故障发生时关闭输出级，则可以通过设置对应寄存器关闭过流故障响应机制。另外，客户可以直接通过设置寄存器把过流故障检测关闭。过流检测阈值电压VOC由分辨率为300 mV的4位DAC生成，并由寄存器OCT[3:0]进行配置。VOCT定义为：VOC = (n + 1) × 300 mV，其中n由OCT[3:0]配置。
基于以上特性，同一版硬件设计，可以通过调整增益实现不同的电流采样范围，调整输出偏置电压实现负电流的采样。此外，冗余的过流检测功能将为客户提供了额外的故障诊断和保护机制，客户可以根据实际应用需求选择合适的过流故障响应机制。综上，Z20A8300A可以实现客户平台化方案设计及灵活的过流保护配置，同时支持不同的电机驱动拓扑应用。
总结
Z20A8300A产品由行业内多位具有10多年汽车电子芯片研发经验的资深专家精心设计，产品研发对标国际半导体供应商标准，推出后得到了国内众多客户的认可，目前已在EPS、iBoost、Onebox、电子油泵等应用中得到验证，并已进入小批试产。智芯半导体在产品设计上紧密切合汽车实际应用场景，提供面向汽车应用领域的芯片产品，有效且高质量地为客户提供软硬件及系统级支持，推进汽车产业的整体发展。
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