車(chē)身控制模塊需求分析與具體方案詳解
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隨著(zhù)人們對汽車(chē)的操控性及舒適性需求不斷升高，汽車(chē)車(chē)身中的電子設備越來(lái)越多，如電動(dòng)后視鏡、中控門(mén)鎖、玻璃升降器、車(chē)燈乃至其它更多的高級功能等。 應用環(huán)境苛刻的車(chē)身控制模塊(BCM)對元器件提出了更高的要求。本文探入探討B(tài)CM設計在電源、車(chē)身網(wǎng)絡(luò )及板外大功率負載驅動(dòng)等多個(gè)方面的要求，并比較分析了一些領(lǐng)域中不同方案的優(yōu)劣勢。
安森美半導體針身為全球領(lǐng)先的高性能、高能效硅方案供應商，針對車(chē)身控制模塊等汽車(chē)應用提供具有強固保護特性、高可靠性、低靜態(tài)電流的解決方案，如電源穩壓器、總線(xiàn)收發(fā)器、高頻收發(fā)器、繼電器驅動(dòng)器、預驅動(dòng)器、電機驅動(dòng)器、LED驅動(dòng)器及MOSFET等，幫助設計人員為他們的BCM設計選擇更佳的元器件方案，從而在市場(chǎng)上占據優(yōu)勢。
本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/201612/330421.htm
圖1：典型車(chē)身控制模塊(BCM)的系統架構。
2 電源要求及方案選擇
典型車(chē)身控制模塊(BCM)設計重要的一步是確定電源要求，以及選擇合適的電源方案。一般而言，BCM 要求的輸入電壓在-0.5 V 至32 V 之間，輸出電壓為5 V或3.3 V。值得一提的是，汽車(chē)內的用電設備越來(lái)越多，如果電池直接供電的設備靜態(tài)電流不夠低，而汽車(chē)連續停泊較長(cháng)時(shí)間，車(chē)內蓄電池可能因為過(guò)度放電而使汽車(chē)無(wú)法重新啟動(dòng)，故BCM 設計需要考慮靜態(tài)電流。此外，汽車(chē)應用中可能會(huì )常常面對高溫環(huán)境，所以要求電源提供過(guò)溫保護。
適合于BCM 的電源包括線(xiàn)性電源(或稱(chēng)線(xiàn)性穩壓器)和開(kāi)關(guān)電源(或稱(chēng)開(kāi)關(guān)穩壓器)。這兩種電源各有優(yōu)勢，究竟選擇何種電源，還要看具體應用。在車(chē)身控制模塊的供電電源方面，中國市場(chǎng)上所售汽車(chē)中，轎車(chē)一般采用12 V 電源，而卡車(chē)和客車(chē)一般采用24 V 電源。在12 V 電源BCM 中，推薦采用安森美半導體的線(xiàn)性穩壓器，如NCV4275A 等，見(jiàn)圖2。NCV4275A 是一款帶復位和延遲功能的5 V、3.3 V/450 mA 低壓降(LDO)線(xiàn)性穩壓器，這款器件支持可編程微控制器復位，并提供多種特性，如過(guò)流保護、過(guò)溫保護、短路保護等。此外，在下圖中位置1 處串聯(lián)一個(gè)二極管(MRA4005)，這線(xiàn)性電源能有效防止高達-42 V 的反向電壓；在位置2 處并聯(lián)一個(gè)瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)管，可以有效阻止高達+45 V的瞬態(tài)電源負載突降(load dump)高壓脈沖及不穩定的電源雜波，符合12 V 汽車(chē)電源系統的ISO16750-2-2003 4.6 過(guò)壓測試規范。實(shí)際上，在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機啟動(dòng)瞬間就可能出現負載突降，從而導致電池電壓升高至超過(guò)40 V。這些特性讓NCV4275A 非常適合汽車(chē)車(chē)身控制模塊應用。
實(shí)際上，NCV4275A 僅是安森美半導體針對汽車(chē)應用的寬范圍線(xiàn)性穩壓器中的一款，其它線(xiàn)性穩壓器有如NCV8664/5、NCV4949、NCV8503/4/5/6、NCV4274A等。超低靜態(tài)功耗的產(chǎn)品，靜態(tài)電流低至30 μA 以下，驅動(dòng)電流范圍在100 mA至450 mA 之間。
圖2：車(chē)身控制模塊中線(xiàn)性電源典型應用電路示意圖。
24 V 電源的BCM 應用中，需要將24 V 電壓轉換至5 V 或3.3 V，如果采用線(xiàn)性穩壓器，電源芯片本身就會(huì )有很高的功率消耗，產(chǎn)生大量熱量導致溫度過(guò)高而燒壞芯片，所以我們需要采用開(kāi)關(guān)穩壓器，我們推薦采用安森美半導體系列用于汽車(chē)的開(kāi)關(guān)穩壓器，如NCV51411、NCV8842、NCV8843、NCV33063、NCV33163、NCV3063、NCV3163、LM2576、LM2575 及NCV2574 等。這些開(kāi)關(guān)穩壓器具有較高的效率，避免產(chǎn)生大量的放熱，保護芯片，提升系統可靠性。這些汽車(chē)應用的開(kāi)關(guān)穩壓器驅動(dòng)電流多數在0.5 A 至1.5 A 之間，有的達到2.5(NCV33163)，開(kāi)關(guān)頻率在50 kHz 至300 kHz 之間。以NCV51441 為例，這款器件使用V2 控制架構，提供無(wú)可比擬的瞬態(tài)響應、極佳總體穩壓精度及最簡(jiǎn)單的環(huán)路補償。這款器件上的“BOOST”引腳支持“充當啟動(dòng)電路(Bootstrapped)”工作，將能效提升至最高；集成的同步電路支持并行電源工作或將噪聲降至最低。
3 車(chē)身網(wǎng)絡(luò )要求及發(fā)展趨勢
可以應用于汽車(chē)中的系統總線(xiàn)有多種，如控制器區域網(wǎng)絡(luò )(CAN)、本地互連網(wǎng)絡(luò )(LIN)及FelxRay 等。這些總線(xiàn)的特點(diǎn)各不相同，表1 比較了汽車(chē)應用中幾種常見(jiàn)的系統總線(xiàn)，并列出了典型的安森美半導體總線(xiàn)收發(fā)器產(chǎn)品。
表1：不同汽車(chē)總線(xiàn)比較及典型收發(fā)器。
安森美半導體的總線(xiàn)收發(fā)器系列非常適合車(chē)身控制網(wǎng)絡(luò )應用要求。圖3a)及b)分別顯示了基于安森美半導體CAN 收發(fā)器AMIS-42665 及LIN 收發(fā)器NCV7321 的典型電路。值得一提的是，AMIS-42665 提供小于的10 μA 的極低靜態(tài)電流。支持總線(xiàn)喚醒，共模電壓范圍-35 V 至+35 V，可以承受額定+/-8 kV 的靜電放電(ESD)脈沖。NCV7321則支持-45 V 至+45 V的電壓范圍，承受額定5 kV 的ESD 脈沖。這些器件均提供強大的保護功能。
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