車(chē)身模塊中新的失效保護方法 (1)

在用一個(gè)“大熔斷器”保護多個(gè)上橋臂驅動(dòng)負載的應用中，有些問(wèn)題需要考慮。在這些應用中，“大熔斷器”的電流處理功能可能高于任何一條被保護的線(xiàn)束。因此，當一條電線(xiàn)上出現“軟短路”時(shí)，如果上橋臂驅動(dòng)器十分強健，能夠處理更高的短路電流和熔斷保護功能，那么線(xiàn)束或電路板可能會(huì )自毀。
　　

圖6：當智能開(kāi)關(guān)只能自我保護時(shí)的后果
決方案

該解決方案是實(shí)現一個(gè)能夠仿真熔斷器的I2-t特性的智能電路保護算法。這個(gè)概念可轉化為“曲線(xiàn)下面積”。在下圖(圖 7)中，曲線(xiàn)下面積(A區)是保護算法的I2-t界限內。B區所示是在一段時(shí)間內的恒定超負載條件，其中，超負載電流小于智能開(kāi)關(guān)的限流值。在這個(gè)圖中，當限流值超過(guò)曲線(xiàn)時(shí)，智能開(kāi)關(guān)不會(huì )被閉鎖。當B區突破A區時(shí)，器件閉鎖。 這個(gè)原則適用于超負載在開(kāi)關(guān)激活后存在很長(cháng)時(shí)間的狀況。
　 　

圖7：超負載與功率限制區比較

可能存在一種特殊的瞬間過(guò)流狀況：瞬間過(guò)流超出曲線(xiàn)與A區交接的界限，但是“曲線(xiàn)下面積”不足以產(chǎn)生錯誤開(kāi)關(guān)條件。在下圖中(圖8)，這個(gè)錯誤是很?chē)乐氐?，但是因為時(shí)長(cháng)太短，不足以產(chǎn)生錯誤開(kāi)關(guān)條件。

　　

圖8：瞬間錯誤不會(huì )產(chǎn)生錯誤關(guān)斷狀況

這種保護算法準許出色多個(gè)涌流，同時(shí)不會(huì )強制系統處理比正常高出很多的穩態(tài)電流。因此，這種算法提供一個(gè)強健的保護功能，既可以保護開(kāi)關(guān)本身，又可以保護被開(kāi)關(guān)驅動(dòng)的線(xiàn)束。再加上其它的安全機制，如內置的看門(mén)狗和激活功能，這個(gè)已經(jīng)很安全的解決方案將會(huì )變得更加安全。
利用一個(gè)升降序計數器，可以在芯片上實(shí)現這個(gè)算法，控制該升降序計數器的是流經(jīng)開(kāi)關(guān)的電流的平方(圖 9)。

圖9： i-t 限制控制環(huán)路

計數器的方向由參考電流確定。當檢測電流高于參考電流閾值時(shí)，計數器升序計數，速率與檢測電流和參考電流的差的平方成正比。當檢測電流低于參考電流閾值時(shí)，計數器以固定值降序計數。固定降序計數值的設定目的是更好地估算熔斷器的散熱性。

這個(gè)閾值涌流要比電線(xiàn)的電流處理能力略低（如圖5所示，小于14A DC)。計數器一旦達到某一個(gè)預設值后，輸出就會(huì )被立即關(guān)斷。因為這種算法是利用熔斷器型的特性保護電線(xiàn)，所以直到微控制器重新初始化，將輸出重新導通之前，驅動(dòng)器始終保持關(guān)斷狀態(tài)。
　　

圖10：采用保護算法的外推i2-t曲線(xiàn)與電線(xiàn)和熔斷器比較

實(shí)現這種保護方法的智能開(kāi)關(guān)系列產(chǎn)品的應用，可降低給定車(chē)身電子模塊的線(xiàn)束成本，限制熔斷器的數量，同時(shí)提高可靠性和安全性。

當一次短路輸出最終燒毀了她的BCM時(shí)，車(chē)廂內充滿(mǎn)了刺鼻的燒焦味，如圖6電路板所示，該車(chē)的車(chē)主買(mǎi)了一輛新車(chē)，有同樣遭遇的車(chē)主不是很少。彌補一輛價(jià)值3000美元的汽車(chē)的置換損失需要很多個(gè)模塊。模塊的單價(jià)比較昂貴，底價(jià)不易被接受。從長(cháng)遠看，多花一點(diǎn)錢(qián)增加這種保護裝置是物有所值的。