ZHCT993 November   2025 DRV3946-Q1 , DRV8243-Q1 , DRV8873-Q1 , DRV8912-Q1

 

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    1.     ECU 应用简介
    2.     ECU中的电磁阀类型与控制需求分析
    3.     TI在ECU中相关电磁阀驱动产品推荐
    4.     参考文献:

ECU 应用简介

  1. ECU 在汽车系统中的作用

    发动机控制单元(Engine Control Unit, 简称ECU)是现代汽车动力系统的核心控制模块，负责采集和处理发动机各类传感器信号，通过精确控制燃油喷射、点火时机、空气进气量、排气处理等策略，实现发动机性能、油耗与排放的最优平衡。

  2. ECU的工作原理概述

    如图 1 所示为ECU系统框图，ECU通过连接在车载CAN/LIN总线上的传感器获取实时数据，包含曲轴位置、氧气、节气门、温度、压力等。内部基于MCU运行一套复杂的控制算法，并通过PWM、模拟或数字信号输出控制信号给各类执行器如电磁阀、喷油器、点火线圈等，从而动态调整发动机工作状态。

  3. ECU相关负载类型概览
    ECU系统框图 图 1 ECU系统框图

    图 1 中ECU系统框图里面(A)类型的负载就是执行器，其他是传感器，本文着重介绍执行器负载，主要包括：

  1. 燃油喷油器(Fuel Injector): 它的主要作用是将燃油雾化并按精确的时间和喷射量喷入气缸或进气道，以保证发动机燃烧的效率和稳定性。
  2. 进排气可变气门控制阀(VVT): 在图1中所示凸轮轴(Camshaft)上，主要作用是通过调节进排气门开启和关闭时机来提升发动机动力与扭矩，优化燃油经济性，降低排放等。
  3. 废气再循环阀(EGR): 主要作用是把一部分排气重新引入进气歧管，与新鲜空气混合后再进入气缸燃烧，从而改善燃烧过程和降低污染物排放。
  4. 涡轮增压控制阀(Turbocharger control valve): 主要作用是精确调节进入涡轮的废气流量，从而控制增压压力。既能避免发动机和涡轮因过度增压受损，又能提升动力响应、改善燃油经济性和排放表现。
  5. 电子节气门阀(ETC): 主要作用是取代传统机械拉线，用ECU电子控制发动机进气量。能实现更精准的空燃比控制，提升发动机性能与燃油经济性。
  6. 点火线圈(Ignition coil): 主要作用时把低压电源升高到数万伏的高压，并在火花塞上产生火花，从而点燃发动机气缸内的空燃混合气。

ECU中的电磁阀类型与控制需求分析

本文主要介绍ECU中电磁阀类型和控制需求以及推荐TI相关适合的产品，因此下面会对燃油喷油器阀、进排气可变气门控制阀、废气再循环阀、电子节气门阀和涡轮增压控制阀的驱动需求进行介绍。

  1. 燃油喷油器阀: 分为进气歧管喷射型和直喷型，都为电磁阀结构，主要区别在于，进气歧管喷射型燃油在进气歧管中雾化，而直喷型是通过多次快速喷射形成，所以最主要区别是控制的频率不一样，直喷型的PWM控制频率通常为1kHz~2kHz。喷油器电磁阀数量与发动机气缸数匹配，例如，四缸机有4个燃油喷油器。如图 2 所示，喷油器主要包括电磁线圈、针阀和弹簧，通过在电磁线圈通电来吸起针阀打开喷嘴。该电磁阀的驱动一般采用峰值保持 (Peak&Hold) 控制，峰值电流需求在2~4A，保持电流需求0.5~1.5A，通常为PWM控制，典型PWM频率在1kHz~2kHz。负载诊断方面需要监测负载短路、负载开路、输出短路到地或者12V电源等。
    直喷型燃油喷油器 图 2 直喷型燃油喷油器
  2. 进排气可变气门控制阀(VVT): VVT主要为电磁阀，一般每根凸轮轴需要一个VVT阀，下图所示为VVT阀的实例结构图，电磁阀位于图中5的位置，6为电连接器，一般采用低边驱动，驱动电流通常在0.5~1.5A，相对于喷油器阀，VVT阀驱动响应速度需求较低，一般为100~300Hz PWM控制，但是需要线性恒流控制阀的开度，精度一般在5%以内。负载诊断方面需要监测负载短路、负载开路、输出短路到地或者12V电源等。
    VVT阀结构图 图 3 VVT阀结构图
  3. 废气再循环阀(EGR) 、电子节气门阀(ETC): EGR和ETC阀的驱动需求和作用类似，一般常见的类型有直流电机型和电磁比例阀型，EGR和ETC都需要双向线性的调节阀门开度，并且一般需要配合位置传感器形成精确的闭环位置控制，图 4 为一种EGR的系统结构图。主流的EGR和ETC阀需要H桥驱动器，并且需要支持电流检测，PWM驱动频率一般为几kHz~20kHz，连续电流能力1.5~3A，堵转电流4~8A，负载诊断方面需要监测负载短路、负载开路、输出短路到地或者12V电源等。
    EGR结构图 图 4 EGR结构图
  4. 涡轮增压控制阀(Turbocharger control valve): 图 5 所示为涡轮增压控制阀，一般为电磁阀型。由于需要具备双向开度的控制，所以一般采用H桥驱动器，电流范围0.5~1.5A，并且需要具备闭环线性恒流控制，精度3%~5%。负载诊断方面需要监测负载短路、负载开路、输出短路到地或者12V电源等。
    涡轮增压控制阀结构图 图 5 涡轮增压控制阀结构图

TI在ECU中相关电磁阀驱动产品推荐

ECU系统中传统的执行器负载驱动方案主要来自于ST和NXP，包括ST的ECU专用集成IC L9788和L9781、驱动ETC和EGR阀的L9960T双通道H桥驱动器，以及NXP的ECU专用集成IC MC33PT2001。其中，L9788、L9781、MC33PT2001都集成多路燃油喷油器阀驱动和多路支持peak&hold控制的电磁阀驱动，L9788相对多集成点火线圈的驱动。这些传统方案的集成度高，对于客户设计来说相对简单，但是灵活度相对较低，可替代性较差，设计上的更新迭代速度也会相对受限，下面来介绍一些TI在ECU中相关电磁阀驱动高性价比的特色产品。

  1. DRV89xx-Q1

    DRV89xx-Q1 系列是TI汽车多通道半桥驱动器，有4/6/8/10/12路半桥输出选项，并且互相pin to pin兼容。内部集成的MOSFET导通电阻典型值为0.75Ω，每路半桥可以输出最大1A有效值，并且支持多路并联输出，并联最大支持6A有效值。该芯片支持SPI接口，可独立配置为高边、低边或者H桥驱动模式，并且集成4/8路PWM发生器，每个通道占空比和PWM频率可独立配置，频率可配置选项包括80Hz/100Hz/200Hz/2kHz。DRV89xx-Q1系列产品也集成风丰富的诊断保护功能，有独立的nFault引脚作为诊断指示的输出，包括输出过流保护、负载开路检测以及过热保护。因此，DRV89xx-Q1系列产品集成度高和可支持最高2kHz PWM频率等特点，非常适合驱动ECU中燃油喷油器电磁阀。

  2. DRV8243/4/5-Q1

    DRV824x-Q1系列是集成电流采样的H桥驱动器，其中芯片型号的尾缀表示不同Rdson的选项，DRV8243-Q1高边+低边MOS导通电阻典型值为85mΩ；DRV8244-Q1导通电阻典型值为45mΩ；DRV8245-Q1导通电阻典型值为30mΩ。为方便客户选型，我们提供了对应结温计算工具(https://www.ti.com.cn/tool/cn/download/SLVRBI3)，可输入负载电流需求以计算芯片的结温，从而选取合适的型号。

    DRV824x-Q1系列PWM频率最高可支持25kHz，可配置输出压摆率和展频时钟使其具备良好的EMI性能。芯片支持的诊断和保护包括，在离线和导通状态下的负载开路和短路检测、输出过流保护和过热保护等，该产品具有SPI和HW硬线控制两个版本，SPI版本具有更高的可配置性，提供负载开路及短路等诊断标志位，满足更高的系统功能安全设计需求。因此，DRV824x-Q1非常适合用于驱动EGR阀、ETC阀和涡轮增压控制阀等负载。

  3. DRV3946-Q1

    DRV3946-Q1是一款具有闭环PWM电流调节、可配置峰值和保持电流、集全面诊断功能满足ASIL-C芯片级功能安全认证的双通道汽车螺线管驱动器。内置典型值为37mΩ(低侧)和57mΩ(高侧)导通电阻的MOSFET，适用于驱动持续电流在3A以内的负载，高侧开关主要用于负载续流和快速关断功能，低侧开关负责负载驱动。该产品在高侧和低侧都集成±5%精度的电流采样，最高可支持20kHz PWM频率。在保护和诊断功能方面覆盖全面，支持上电自检、负载开路和短路的监控、在驱动器开启和关闭期间检测失控情况、用作冗余的引脚关断、故障指示等。因此，DRV3946-Q1非常适用于需要恒流控制或者电流峰值保护驱动的电磁阀，如前述介绍的VVT阀。

  4. DRV8873-Q1

    DRV8873-Q1是一款集成两路电流采样的H桥驱动器，内置MOS高侧+低侧导通电阻典型值为150mΩ，考虑开关损耗可支持2.4A左右的持续电流，10A的峰值电流。相对于DRV824x-Q1系列产品，DRV8873-Q1可支持高达100kHz PWM频率，并且集成独立的两路高侧开关电流采样和反馈引脚，除了用于驱动直流有刷电机，也非常适合作为两个独立半桥驱动两个电磁阀，如需获得更高的电流控制精度，也可通过搭配高精度的电流采样运放实现。