基于MCU的汽車(chē)方向盤(pán)按鍵控制器系統設計

在大多數現代汽車(chē)中，通過(guò)發(fā)動(dòng)機控制單元(ECU)或發(fā)動(dòng)機控制模塊(ECM)監控整個(gè)發(fā)動(dòng)機的各種傳感器，從而控制燃料注入量、點(diǎn)火時(shí)序、可變凸輪時(shí)序及其他外設。如果誤差條件導致負載電流超過(guò)預設限值，ECU 必須進(jìn)行檢測并關(guān)斷相關(guān)電路以保護電子器件。圖1 中的電路可檢測過(guò)流條件并在100 ns 內向ECU 發(fā)送報警信號。

圖1. 過(guò)流保護電路集成了一個(gè)快速、高共模電壓閾值檢測器。

該電路使用了一個(gè)高壓閾值檢測器AD8214。該芯片采用以電源電壓為基準的2.4 V 串聯(lián)穩壓器，使得電路可通過(guò)汽車(chē)電池供電，同時(shí)不因電池電壓變化而降低性能。此類(lèi)具有電流輸出的快速、高共模電壓閾值檢測器可以用作超快速比較器。該電路會(huì )檢測控制環(huán)路高端的過(guò)流條件，并迅速關(guān)斷控制環(huán)路，通過(guò)分流電阻防止過(guò)大電流對負載造成損害。

當In–超過(guò)In+時(shí)，閾值檢測器輸出電流小于100 nA，當超過(guò)In–時(shí)，輸出電流為1 mA。即使過(guò)驅電壓很小(圖2)– In–)，輸入至輸出響應時(shí)間通常也小于100 ns。遲滯(通常為10 mV)將系統噪聲效應降至最低，從而防止發(fā)生誤觸發(fā)。

圖2. 即使針對較小的過(guò)驅電壓，電路的典型響應時(shí)間也低于100 ns。

工作中，小串聯(lián)電阻Rshunt 中會(huì )產(chǎn)生壓降，以將主電源電流載送至負載。該壓降使比較器的反相輸入相對于正電源為負值。R1 和R2 形成跨越穩壓器的分壓器。比較器另一輸入連接至此分壓器，使比較器在分流電阻的電壓越過(guò)選定閾值時(shí)切換。

100 nA或1 mA 的電路輸出電流驅動(dòng)接地基準電阻以產(chǎn)生邏輯電平，該邏輯電平取決于負載電阻值RL。如RL = 5 kΩ，數字輸出D_OUT 可連接至ECU，以通知負載上的報警條件。

如上所述，當In–相對于In+呈負值且比較器輸出從關(guān)閉切換至開(kāi)啟時(shí)，10 mV 遲滯啟動(dòng)。因此，為將輸出恢復至零，輸入極性必須在原始閾值外反轉10 mV。

比較器閾值電壓由R1 和R2 設定。對于所需的10 A 最大電流，Ω 時(shí)，閾值輸入電壓為VTH = 10 A × 0.005 Ω = 50 mV。

R1和R2 上的總電壓始終為2.4 V。這些電阻值可用以下公式根據所需的閾值電壓來(lái)選擇：

VTH = 2.4 V[R1/(R1+R2)]

為支持10 A 跳變點(diǎn)，R1 和R2 值分別為1.6 kΩ 和75 kΩ。

如果輸入信號緩慢變化且足以影響傳播延遲，對于小于μs 的斜升速率，輸入端在等待輸出響應期間累積的誤差通常小于15 mV。

電路處理極大負載電流的能力使其可用于多種汽車(chē)電子應用。

由于A(yíng)D8214 直接采用電池供電，分流電阻必須位于高端。只要電池電壓在5 V 至65 V 之間，器件就能監控負載電流。

遲滯在汽車(chē)電子應用(圖3)的噪聲環(huán)境中也是一種資源。越過(guò)閾值時(shí)，輸出迅速從低電平切換至高電平。但當輸入電壓恢復時(shí)，輸出僅在另一個(gè)新10 mV 閾值下返回(由高至低)。

圖3. 此示波圖顯示了遲滯值。

該電路的輸出從低到高的切換非常迅速($跡線(xiàn))，但只有當輸入電壓(紫色跡線(xiàn))超過(guò)遲滯時(shí)，才會(huì )切換回來(lái)。在本例中，測得的遲滯為11 mV。