智能車(chē)燈控制系統中功率芯片的應用經(jīng)驗

智能車(chē)燈控制系統概述

本文介紹了在智能車(chē)燈控制系統中功率芯片的應用經(jīng)驗，與傳統技術(shù)進(jìn)行了對比，結合實(shí)例具體分析了其實(shí)現的智能診斷技術(shù)在實(shí)際產(chǎn)品應用中的技術(shù)優(yōu)勢和發(fā)展前景。

現今MCU和電力電子技術(shù)在智能車(chē)燈控制系統中發(fā)展的趨勢是用智能功率IC替代傳統的繼電器和保險絲，有效實(shí)現對車(chē)燈的過(guò)熱、過(guò)壓、短路等故障的保護和診斷；MCU用PWM調制來(lái)實(shí)現對車(chē)燈兩端的電壓進(jìn)行控制，以達到限制車(chē)燈電流，延長(cháng)使用壽命的目的，而且能輕松實(shí)現車(chē)燈故障時(shí)的自動(dòng)替換并極大地降低待機功耗。

我們采用Infineon高端開(kāi)關(guān)應用于智能車(chē)燈控制系統中。以下詳細介紹其在實(shí)際產(chǎn)品中的應用經(jīng)驗。

Infineon芯片新功能

智能車(chē)燈控制系統由轎車(chē)中12V低壓大電流系統供電，通過(guò)MCU控制Infineon智能功率開(kāi)關(guān)實(shí)現上述所有功能。在這套為以ROVER平臺開(kāi)發(fā)的燈控系統中使用了Infineon新一代的芯片：BTS6142D和BTS5434G等。

其中分步電流限制是一種非常有實(shí)用意義的新功能。在過(guò)負載和短路情況下，芯片會(huì )根據管壓降的增大而自動(dòng)降低流限造車(chē)網(wǎng)版權所有，使得在出現頻繁過(guò)負載或短路而MCU未能動(dòng)作時(shí)，能很好地保護芯片以免受損，極大地提高了在惡劣條件下芯片的使用壽命（如圖1所示）。

圖1 分步流限控制和MOS管導通壓降的關(guān)系

此外，Infineon新一代芯片具有極低的待機功耗，BTS5434G的待機功耗只有5μA。這樣，整個(gè)燈控系統的整體功耗相當低。

實(shí)際產(chǎn)品中的應用設計經(jīng)驗

在實(shí)際產(chǎn)品中的設計中，BTS6142D電流傳感信號的建立延遲時(shí)間為650μs，輸出反饋因此可以躲過(guò)遠光燈等啟動(dòng)時(shí)的大沖擊電流，但是在冷監控狀態(tài)下，只有1ms的檢測周期，因此對MCU的AD檢測環(huán)節要做適當延時(shí)并保證速度。此外，BTS6142D輸入控制需要采用圖2所示電路才可以被MCU的I/O輸出信號控制。

圖2 BTS6142D的控制線(xiàn)路圖

遠光燈啟動(dòng)時(shí)的沖擊電流如圖3所示。

圖3 遠光燈啟動(dòng)時(shí)的沖擊電流圖

在設計中，改變反饋信號輸出檢測電阻值（R42）可以調節M(mǎn)CU輸入AD采樣信號的高低，以控制在全電流范圍內的采樣精度。

但在實(shí)際情況下，實(shí)際負載電流與檢測電流的關(guān)系是不一樣的，其實(shí)際檢測如下面的公式所示：

根據不同芯片取值不同。在實(shí)際應用中，建議在進(jìn)入I/O前接入保護串聯(lián)電阻：

這樣可以提高采樣精度。如圖４中R30塑料工業(yè)網(wǎng)，R32所示。

圖4 BTS5434G的控制線(xiàn)路圖

BTS5434G可以利用其電流傳感使能（Sense Enable）功能，將多個(gè)BTS5434G的電流傳感輸出信號采用“線(xiàn)與”的方式，最終由MCU的兩個(gè)AD口進(jìn)行處理，可以有效地節約MCU資源并省去多路檢測電阻。如圖４所示，在實(shí)際應用中，還使用了一路開(kāi)關(guān)在待機狀態(tài)下將所有的用于自動(dòng)檢測負載開(kāi)路的上拉電阻斷開(kāi)，更進(jìn)一步降低了待機功耗。

在設計中，通過(guò)MCU啟動(dòng)電流傳感使能的功能，依次開(kāi)通芯片各個(gè)通道的反饋信號，分別采樣檢測，可以實(shí)現分時(shí)輪流診斷，能節約許多I/O資源，降低MCU成本。

智能診斷技術(shù)的優(yōu)勢和發(fā)展前景

采用了Infineon新一代芯片后，可以實(shí)現智能診斷技術(shù)。通過(guò)MCU處理AD采樣信號，可以準確得出各個(gè)燈控負載的電流值及開(kāi)路狀態(tài)。在熱監控狀態(tài)下，MCU可以方便地啟動(dòng)開(kāi)關(guān)，點(diǎn)亮指定燈以代替故障燈的功能。通過(guò)調節I/O輸出信號的頻率能方便地控制指定燈的亮度漢陽(yáng)科技，在供電電壓波動(dòng)時(shí)，可以延長(cháng)燈泡的壽命，而且較低的待機功耗即將成為現在汽車(chē)行業(yè)的標準要求。采用傳統技術(shù)如繼電器和早期芯片均很難得到連續準確的電流數字量反饋信號，外圍電路也極易受干擾并且增加待機功耗。此外，傳統技術(shù)通過(guò)CAN總線(xiàn)傳送給儀表及行車(chē)電腦的有關(guān)燈控信息要比智能診斷技術(shù)少得多。

隨著(zhù)汽車(chē)市場(chǎng)的日漸成熟，完善的智能車(chē)燈控制系統已不再是高級轎車(chē)的專(zhuān)利，開(kāi)始變成中級轎車(chē)的標配，成為能夠體現轎車(chē)技術(shù)含量和配置檔次的重要模塊。