智能復用器解決汽車(chē)照明系統問(wèn)題

　　采用智能手段控制車(chē)內外照明在汽車(chē)電子系統中變得越來(lái)越重要;在緊湊的車(chē)身控制模塊內集成的功能越來(lái)越多，這種發(fā)展趨勢必然帶來(lái)相應的技術(shù)挑戰。汽車(chē)照明系統對電子元器件的要求越來(lái)越高，智能復用器可以解決PWM通道、診斷功能和系統可靠性問(wèn)題。

　　車(chē)身控制模塊(BCM)是執行各種功能的電子控制單元，這些功能包括控制和診斷，以及車(chē)內外照明的失效管理或子模塊電源分配。車(chē)身控制模塊還能處理車(chē)門(mén)鎖執行器、刮水器、防盜功能和門(mén)禁系統。此外，車(chē)身控制模塊還能執行網(wǎng)關(guān)功能，兼做連接車(chē)內不同通信網(wǎng)絡(luò )的網(wǎng)橋。今天的車(chē)身控制模塊還在不斷發(fā)展進(jìn)化。下面我們探討車(chē)身控制模塊與汽車(chē)照明相關(guān)的控制與診斷功能的發(fā)展趨勢。

　　現代車(chē)身控制模塊的發(fā)展趨勢

　　· 上橋臂驅動(dòng)器的PWM控制功能:為節省成本和重量，強化診斷功能，固態(tài)開(kāi)關(guān)(又稱(chēng)上橋臂驅動(dòng)器)取代機電式繼電器是執行器的發(fā)展趨勢 。目標應用對這些上橋臂驅動(dòng)器的要求日益嚴格。實(shí)際上，為修正電瓶電壓變化引起的瞬變事件，使LED燈和普通白熾燈的亮度保持穩定，系統必須利用脈寬調制(PWM)信號控制這些驅動(dòng)器。當汽車(chē)電瓶電壓很高時(shí)，這種控制功能還能避免白熾燈絲快速熔斷或LED燈出現過(guò)熱現象。

　　· 上橋臂驅動(dòng)器的診斷功能：上橋臂驅動(dòng)器提供一個(gè)與負載電流成正比的數字狀態(tài)或電流檢測信號。根據這些信息，系統必須以可靠的方式識別并報告不同的失效條件：超載、對地短路或對電瓶短路、過(guò)熱、通態(tài)開(kāi)路、斷態(tài)開(kāi)路。

　　· 平臺解決方案的通用性:車(chē)身控制模塊不僅要控制一款給定車(chē)型的幾種設備，還要滿(mǎn)足不同市場(chǎng)(亞洲、歐洲、美洲)的特殊要求。此外，多款不同的車(chē)型之間還共用同一個(gè)車(chē)身控制模塊。重復使用模塊，降低研制成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，是前述發(fā)展趨勢背后的主要原因。

　　這些發(fā)展趨勢讓設計人員意識到，開(kāi)發(fā)一個(gè)尖端車(chē)身控制模塊將會(huì )面臨很多挑戰。下面我們討論其中的一些主要挑戰。

　　新挑戰

　　大量的具有PWM控制和同步診斷功能的上橋臂驅動(dòng)器

　　傳統汽車(chē)原本配有三個(gè)車(chē)身控制模塊，分別位于車(chē)前、車(chē)后和外部，而現代汽車(chē)將這三個(gè)模塊內的功能整合到二個(gè)甚至一個(gè)模塊內?？蛙?chē)車(chē)身控制模塊的上橋臂驅動(dòng)器通常有40多條通道，而貨車(chē)上橋臂驅動(dòng)器通常有80多條通道。在PWM通道之間實(shí)現的移相控制有利于防止同時(shí)發(fā)生的燈泡浪涌電流引起巨大的電壓降，提高系統的電磁兼容性。此外，需要對每個(gè)已激活負載的輸出電流進(jìn)行定期監測和PWM控制;必須避免錯誤的失效檢測，例如，冷白熾燈絲的高浪涌電流引起的超載檢測。診斷功能還應濾除亂真失效條件，例如，由ISO脈沖引起的失效條件。具有移相功能的PWM信號發(fā)生器配合對大量通道的同步診斷功能，可能導致微控制器的負荷加重。

　　上橋臂驅動(dòng)器的伸縮性

　　為符合ISO26262 (ASIL B)的功能性安全要求，上橋臂驅動(dòng)器的電源電壓通常分為2-4個(gè)電壓軌。有時(shí)候，一個(gè)多通道上橋臂驅動(dòng)器不能控制一個(gè)以上的安全負載(近光燈、剎車(chē)燈、示寬燈…)。除這些限制外，根據負載特性對功率級大小的優(yōu)化和汽車(chē)平臺內的變化，可能導致一個(gè)由單通道和雙通道上橋臂驅動(dòng)器組成的驅動(dòng)區?？傊?，我們需一個(gè)內部集成度很低的可伸縮的上橋臂驅動(dòng)器解決方案，以執行同步診斷和PWM控制功能。

　　優(yōu)異的抗短路穩健性(又稱(chēng)魯棒性)，能夠濾除間歇性負載條件

　　按照汽車(chē)工業(yè)的零缺陷原則，電子元器件和系統的安全性、容錯性和抗異常負載條件的穩健性變得越來(lái)越重要。特別是，上橋臂驅動(dòng)器的輸出對地短路不得導致失效輸出燒毀。盡管內置保護機制，但是，在熱機械應力和電子遷移現象引起的短路條件下，標準上橋臂驅動(dòng)器仍然會(huì )被燒毀。濾波時(shí)間越長(cháng)，上橋臂驅動(dòng)器被擊穿的風(fēng)險越高。如今，當診斷功能交由微控制器直接負責時(shí)，對上橋臂驅動(dòng)器的電流檢測或數字狀態(tài)的采樣時(shí)間達到 10ms到100ms。另外，必須實(shí)現一個(gè)濾波功能，以免在驗證失效條件前發(fā)生瞬變騷擾引起的錯誤的失效報告。

　　利用一個(gè)智能復用器降低微控制器的負荷，提高系統的穩健性

　　L99PD08又稱(chēng)為AMICO (先進(jìn)復用器和集成化協(xié)處理器)，是一款智能型多路復用器，能夠控制并診斷上橋臂驅動(dòng)器的8條通道 (圖1)。上橋臂驅動(dòng)器可以是意法半導體VIPOWER M0-5、M0-5E和M0-5T系列中的任何一款產(chǎn)品，與每個(gè)器件的導通電阻Rdson數值、診斷類(lèi)型和通道數量無(wú)關(guān)。L99PD08是微控制器與上橋臂驅動(dòng)器之間的接口。該復用器通過(guò)SPI總線(xiàn)接口與微控制器通信，可使16通道上橋臂驅動(dòng)器所需的微控制器的引腳數量從32支降至11支(如圖2所示)。

　　8位分辨率PWM信號的時(shí)鐘來(lái)自?xún)蓚€(gè)外部時(shí)鐘源。為防止同時(shí)發(fā)生的燈泡浪涌電流引起的巨大的電壓降，提高系統電磁兼容性，L99PD08在每條PWM通道內引入一個(gè)移相控制功能。L99PD08同時(shí)監測上橋臂驅動(dòng)器的8個(gè)通道，每隔32µs對每個(gè)診斷信號進(jìn)行一次采樣。在通態(tài)或斷態(tài)過(guò)程中，實(shí)時(shí)診斷功能總是考慮采樣是否完成。當施加一個(gè)PWM信號時(shí)，最終的同步過(guò)程可避免錯誤的診斷發(fā)生。

　　　當上橋臂驅動(dòng)器發(fā)生短路時(shí)，L99PD08的反應時(shí)間從64到100µs，以濾除快速的ISO瞬變事件引起的潛在危險。L99PD08的關(guān)斷鎖保護功能可大幅提高上橋臂驅動(dòng)器在短路時(shí)的穩健性，而無(wú)需微控制器的干預或介入。在A(yíng)ECQ100-012標準規定的測試條件下對L99PD08進(jìn)行的性能評估顯示，在-40°C 下的長(cháng)脈沖測試(關(guān)斷前反應時(shí)間300ms，見(jiàn)圖3)過(guò)程中，L99PD08的穩健性改進(jìn)因子是微控制器對上橋臂驅動(dòng)器進(jìn)行直接診斷架構的300倍。

　　圖3：通過(guò)自動(dòng)關(guān)閉功能提高器件在短路條件下的穩健性

　　結論

　　L99PD08有助于開(kāi)發(fā)人員滿(mǎn)足車(chē)身控制模塊的日益嚴格的要求，內置PWM信號發(fā)生器和同步診斷功能，在短路條件下反應時(shí)間短，這些特性有助于減輕微控制器的負荷，提高上橋臂驅動(dòng)器的穩健性。AMICO還通過(guò)SPI接口提高M(jìn)0-5、M0-5E和M0-5T系列上橋臂驅動(dòng)器的性能，降低12V和24V系統對微控制器引腳數量的要求，同時(shí)還能降低軟件的復雜程度，這對汽車(chē)軟件的未來(lái)發(fā)展十分有益，因為隨著(zhù)汽車(chē)工業(yè)引入AUTOSAR標準，汽車(chē)軟件的復雜性是汽車(chē)工業(yè)即將面臨的一個(gè)重要課題。