NXP MC33813：單缸小型發(fā)動(dòng)機(jī)控制IC的卓越之選

在小型發(fā)動(dòng)機(jī)控制領(lǐng)域，NXP的MC33813可謂是一顆耀眼的明星。作為一名資深電子工程師，我一直關(guān)注著各類電子元件的性能與應(yīng)用，今天就來和大家深入探討一下這款出色的單缸小型發(fā)動(dòng)機(jī)控制IC。

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一、產(chǎn)品概述

MC33813由NXP采用SMARTMOS技術(shù)打造而成，為單缸發(fā)動(dòng)機(jī)管理提供了成本優(yōu)化的IC解決方案。它集成了五個(gè)驅(qū)動(dòng)器、兩個(gè)預(yù)驅(qū)動(dòng)器、一個(gè)為MCU供電的5.0V穩(wěn)壓器、一個(gè)受保護(hù)的外部傳感器電源，高度集成的設(shè)計(jì)使其能完美契合當(dāng)代市場需求。其創(chuàng)新的VRS系統(tǒng)在啟動(dòng)條件下優(yōu)化了抗噪性能，所有輸出的診斷和保護(hù)功能則確保了應(yīng)用操作的更高安全性。

二、產(chǎn)品特性剖析

（一）電氣特性

1. 電源電壓范圍：MC33813可在4.5V < VPWR < 36V的電源電壓范圍內(nèi)穩(wěn)定工作，這為其在不同電源環(huán)境下的應(yīng)用提供了廣泛的可能性。
2. 電源供應(yīng)：MCU的電源供應(yīng)VCC為5.0V（±2.0%，200mA）的穩(wěn)壓輸出，能為MCU提供穩(wěn)定的電源。傳感器電源VPROT（100mA）是跟蹤VCC的受保護(hù)傳感器電源，有效保障了傳感器的穩(wěn)定運(yùn)行。
3. 驅(qū)動(dòng)器特性
   • 預(yù)驅(qū)動(dòng)器：兩個(gè)可配置的預(yù)驅(qū)動(dòng)器用于IGBT或通用柵極MOSFET，適用于點(diǎn)火和O?傳感器（HEGO）加熱器。具備PWM功能和過流關(guān)斷保護(hù)，還能在短路到電池時(shí)自動(dòng)關(guān)斷，大大提高了系統(tǒng)的安全性。
   • 低側(cè)驅(qū)動(dòng)器：五個(gè)低側(cè)驅(qū)動(dòng)器具備全面的診斷、自保護(hù)和PWM控制功能。不同的驅(qū)動(dòng)器具有不同的參數(shù)，如燃油噴射器驅(qū)動(dòng)器的RDS(on)=0.6Ω，ILIMIT = 1.8A，可驅(qū)動(dòng)典型的12V高阻抗噴油器；繼電器1驅(qū)動(dòng)器的RDS(on)=0.4Ω，ILIMIT = 3.0A，用于驅(qū)動(dòng)燃油泵等。

（二）其他特性

1. VRS調(diào)節(jié)電路：創(chuàng)新的可配置VRS調(diào)節(jié)電路，針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)和運(yùn)行模式有兩種不同的參數(shù)設(shè)置，還有可選的自動(dòng)模式，有效提高了啟動(dòng)條件下的抗噪能力。
2. 通信接口：支持K線（ISO9141）通信協(xié)議，方便與其他設(shè)備進(jìn)行通信。還具備MCU復(fù)位發(fā)生器和可編程看門狗，以及16位SPI和5.0V IO能力的并行接口，為系統(tǒng)的控制和監(jiān)測提供了便利。

三、產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域

MC33813的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，涵蓋了小型發(fā)動(dòng)機(jī)控制的多個(gè)方面，如小型摩托車、踏板車、割草機(jī)、割灌機(jī)、吹雪機(jī)、鏈鋸、汽油發(fā)電機(jī)和舷外發(fā)動(dòng)機(jī)等。其強(qiáng)大的功能和穩(wěn)定的性能使其成為這些設(shè)備中發(fā)動(dòng)機(jī)控制的理想選擇。

四、產(chǎn)品詳細(xì)解析

（一）引腳連接與定義

MC33813的引腳連接和定義非常關(guān)鍵，不同的引腳具有不同的功能。例如，O2HFB引腳用于O?傳感器加熱器反饋輸入，IGNSENSP和IGNSENSN引腳用于點(diǎn)火電流檢測輸入等。詳細(xì)了解這些引腳的功能，有助于我們正確地使用該IC。

（二）電氣特性參數(shù)

1. 最大額定值：文檔中詳細(xì)列出了各種電氣參數(shù)的最大額定值，如電源電壓、電流、溫度等。在設(shè)計(jì)電路時(shí)，我們必須確保各項(xiàng)參數(shù)不超過這些額定值，以避免設(shè)備損壞。
2. 靜態(tài)和動(dòng)態(tài)電氣特性：靜態(tài)電氣特性包括電源輸入靜態(tài)電氣特性、電壓預(yù)調(diào)節(jié)器輸出特性、電壓調(diào)節(jié)器輸出特性等。動(dòng)態(tài)電氣特性則涉及到電源輸入、看門狗定時(shí)器、VRS調(diào)節(jié)輸入、ISO9141收發(fā)器和所有低側(cè)驅(qū)動(dòng)器等方面的時(shí)間參數(shù)。這些特性參數(shù)為我們設(shè)計(jì)電路的穩(wěn)定性和可靠性提供了重要依據(jù)。

（三）功能描述與應(yīng)用信息

1. 系統(tǒng)控制器：KEYSW輸入引腳用于接收車輛點(diǎn)火鑰匙開關(guān)的信號(hào)，BATSW輸出引腳默認(rèn)指示KEYSW輸入的狀態(tài)。通過SPI控制寄存器中的PWREN位，可實(shí)現(xiàn)“準(zhǔn)備關(guān)機(jī)”狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。MC33813具有多種工作模式，如電源開啟復(fù)位（POR）、正常狀態(tài)、睡眠狀態(tài)和準(zhǔn)備關(guān)機(jī)狀態(tài)等。
2. 看門狗：看門狗是一個(gè)可編程定時(shí)器，用于監(jiān)測MCU的運(yùn)行。MCU需要定期向看門狗SPI控制寄存器發(fā)送SPI消息以刷新看門狗，若在設(shè)定的時(shí)間間隔內(nèi)未刷新，看門狗將發(fā)出RESETB脈沖，使MCU重新啟動(dòng)。
3. 系統(tǒng)復(fù)位：RESETB輸出引腳用于復(fù)位MCU，當(dāng)出現(xiàn)看門狗定時(shí)器超時(shí)、VCC欠壓、VPWR過壓或電源開啟復(fù)位等情況時(shí)，會(huì)產(chǎn)生復(fù)位脈沖。
4. 電源供應(yīng)：VPWR引腳為IC提供主電源，VPPREF輸出引腳用于驅(qū)動(dòng)外部調(diào)節(jié)器PNP晶體管的基極，VPPSENS輸入引腳用于監(jiān)測VPP預(yù)調(diào)節(jié)器的輸出電壓。VCC輸出為MCU和其他板載外設(shè)提供5.0V電源，VPROT輸出是跟蹤VCC的受保護(hù)5.0V電源。
5. 驅(qū)動(dòng)器模塊
   • 引腳描述：INJIN1、RIN1和RIN2等引腳用于控制相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)器輸出，如INJOUT1、ROUT1和ROUT2等。
   • 通用功能：六個(gè)開漏低側(cè)驅(qū)動(dòng)器可控制各種汽車負(fù)載，具備多種保護(hù)功能，如開路檢測、短路保護(hù)、過流保護(hù)和過熱保護(hù)等。還可以進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制（PWM），以實(shí)現(xiàn)不同的控制需求。
   • 特殊功能：LAMPOUT驅(qū)動(dòng)器可驅(qū)動(dòng)白熾燈或LED，TACHOUT引腳可用于驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)速表或作為低電流、SPI控制的低側(cè)驅(qū)動(dòng)器。ROUT2可用于驅(qū)動(dòng)電源繼電器，并且可以通過設(shè)置相關(guān)寄存器來保持在KEYSW關(guān)閉后仍然開啟。
6. 預(yù)驅(qū)動(dòng)器：IGNOUT1和O2HOUT兩個(gè)預(yù)驅(qū)動(dòng)器可配置為點(diǎn)火（IGBT）預(yù)驅(qū)動(dòng)器或通用柵極驅(qū)動(dòng)器（GPGD），具備開路檢測和PWM功能。通過外部引腳輸入和/或SPI開關(guān)控制位來控制輸出，可進(jìn)行邏輯組合設(shè)置。
7. VRS電路
   • 引腳描述：VRSP和VRSN引腳構(gòu)成可變磁阻傳感器的差分輸入，VRSOUT引腳是VRS電路的輸出。
   • 功能描述：VRS電路采用差分輸入，對(duì)曲軸上齒圈的輸入信號(hào)進(jìn)行處理和數(shù)字化，為MCU提供角度時(shí)鐘和RPM數(shù)據(jù)。通過SPI可設(shè)置多個(gè)比較器閾值，適應(yīng)不同的傳感器和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速范圍。還具備可編程單脈沖、噪聲消除電路和峰值檢測功能。
   • 工作模式：有手動(dòng)和自動(dòng)兩種模式，可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行選擇。在自動(dòng)模式下，VRS系統(tǒng)在啟動(dòng)條件下對(duì)噪聲的敏感度較低，可自動(dòng)選擇合適的比較器閾值。
8. ISO9141總線：通過MTX、MRX和ISO9141三個(gè)引腳提供ISO9141 K線通信鏈路，支持系統(tǒng)診斷。該系統(tǒng)具有過熱保護(hù)和故障位報(bào)告功能。
9. SPI接口
   • 引腳描述：SCLK、CSB、SI和SO引腳用于SPI通信。SCLK為串行時(shí)鐘，CSB為片選信號(hào)，SI用于串行指令數(shù)據(jù)輸入，SO用于輸出狀態(tài)信息。
   • MCU接口描述：MC33813通過16位串行外設(shè)接口（SPI）協(xié)議直接與5.0V微控制器單元（MCU）接口，SPI串行時(shí)鐘頻率最高可達(dá)8.0MHz。
   • 寄存器定義：SPI寄存器包括配置寄存器、控制寄存器和狀態(tài)寄存器，用于設(shè)置操作模式、控制輸出和報(bào)告故障等。
   • 命令總結(jié)：MCU可通過SPI發(fā)送七種命令，包括SPI檢查、讀取和寫入配置寄存器、讀取和寫入狀態(tài)寄存器以及讀取和寫入控制寄存器等。

五、典型應(yīng)用注意事項(xiàng)

（一）輸出OFF開路故障

在輸出關(guān)閉時(shí)，通過比較特定MOSFET輸出的漏源電壓與內(nèi)部生成的參考電壓來檢測開路故障。為防止在輸出切換時(shí)出現(xiàn)誤報(bào)，內(nèi)置了100 - 450μs的故障濾波器。

（二）低電壓操作

在6.5V < VPWR < 9.0V的低電壓條件下，器件仍可按命令字操作，但參數(shù)表可能超出規(guī)格范圍，SO引腳報(bào)告的狀態(tài)也不能保證。

（三）低側(cè)噴油器驅(qū)動(dòng)器電壓鉗位

每個(gè)噴油器輸出都集成了內(nèi)部電壓鉗位，可提供快速關(guān)斷和瞬態(tài)保護(hù)。在125°C結(jié)溫下，每個(gè)輸出的最大鉗位能量為100mJ。

（四）反向電池保護(hù)

MC33813需要在VPWR引腳上提供外部反向電池保護(hù)。在反向電池條件下，負(fù)載設(shè)備會(huì)通過功率MOSFET的襯底二極管導(dǎo)通。若需要負(fù)載反向電池保護(hù)，應(yīng)在負(fù)載上串聯(lián)一個(gè)二極管。

六、總結(jié)與展望

NXP的MC33813以其高度集成、功能強(qiáng)大、性能穩(wěn)定等特點(diǎn)，為單缸小型發(fā)動(dòng)機(jī)控制提供了優(yōu)秀的解決方案。在實(shí)際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體的需求和場景，合理設(shè)計(jì)電路，充分發(fā)揮其各項(xiàng)功能。同時(shí)，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，我們也期待NXP能推出更多性能更優(yōu)、功能更強(qiáng)的產(chǎn)品，為電子工程師們帶來更多的選擇和便利。

各位電子工程師們，你們在使用MC33813的過程中有什么獨(dú)特的經(jīng)驗(yàn)或遇到過什么問題嗎？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流！