汽車(chē)電子系統元器件解決方案

隨著(zhù)大容量鋰電池的出現，在一些案例中引發(fā)了危險的失效模式。此外，如何降低電池的重量和成本仍是一項難題：一方面，增加電動(dòng)汽車(chē)的續航里程和電池的容量意味著(zhù)每個(gè)元件的重量都要減輕；另一方面，由于新一代電動(dòng)汽車(chē)牢牢地定位于大眾市場(chǎng)，經(jīng)濟性同樣扮演著(zhù)極為重要的角色。而僅電池成本就可能高達數千歐元， 因此，降低汽車(chē)內其他配置成本的壓力就更大了。

為了迎接這這所有的挑戰，FCI連接器公司的Power.S3系列的新型連接器和充電插頭產(chǎn)品在高功率操作、成本競爭力、耐久性、緊湊性、人體工學(xué)和人員安全方面做了最優(yōu)化的設計。，FCI連接器公司與REMA（REMA是一家制造電動(dòng)叉車(chē)用插頭和插座的專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)廠(chǎng)家）攜手合作，最先推出的合作成果是單相16/32A充電插頭和插座，符合SAE J1772和IEC62192-1標準：“慢充”電動(dòng)汽車(chē)/混合動(dòng)力汽車(chē)應用方面的國際通用標準。這些產(chǎn)品用于在公共充電站或在家對汽車(chē)的鋰電池充電，充電時(shí)間為4~8h。

汽車(chē)領(lǐng)域仍然具有開(kāi)拓性，對于工程師來(lái)說(shuō)，要保證系統完全無(wú)故障地工作并不容易。這種針對性能的模擬和分析對于電動(dòng)汽車(chē)和混合動(dòng)力汽車(chē)的設計者來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的。涉及這些新型汽車(chē)設計和制造的公司都處于快速上升的學(xué)習階段，而對于產(chǎn)品在實(shí)際應用中的性能，還有許多東西有待我們學(xué)習。

車(chē)載網(wǎng)絡(luò )系統電路保護方案

車(chē)載網(wǎng)絡(luò )系統將扮演著(zhù)越來(lái)越重要的角色。新型客車(chē)、卡車(chē)、公共汽車(chē)甚至摩托車(chē)都已成為移動(dòng)的網(wǎng)絡(luò )，將眾多特征和功能連接在一起，如內置控制、移動(dòng)媒體和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )。信息娛樂(lè )系統、遠程信息處理、安全控制等的應用均需使用幾種現有的網(wǎng)絡(luò )標準，其中LIN、CAN、FlexRay就是最重要的三種標準。

LIN拓撲的電路保護措施

LIN總線(xiàn)拓撲通常用于連接開(kāi)關(guān)、傳感器和促動(dòng)器至車(chē)載網(wǎng)絡(luò )LIN總線(xiàn)標準要求當LIN總線(xiàn)路因正電壓小于 26.5V或接地而出現短路時(shí)，網(wǎng)絡(luò )應恢復正常工作。物理層上的ESD浪涌電阻根據IEC61000-4-2要求必須符合最低放電電壓電平±2kV。然而，ECU連接器上可能會(huì )出現達到±8kV的電平。

下圖為為協(xié)同的電路保護圖，顯示出一個(gè)設置在功率輸入的可復位PolySwitch器件如何在電源輸入端保護ECU和LIN節點(diǎn)連接器免受過(guò)電流情況的損傷，以及一個(gè)MLV（多層電壓敏電阻器）如何為車(chē)載網(wǎng)絡(luò )應用提供所需的高電流處理和能量吸收的過(guò)電壓保護。

需要通過(guò)過(guò)電流保護對出現故障或過(guò)載現象時(shí)進(jìn)行過(guò)電流限制。同時(shí)也需要通過(guò)電路保護設備限制電壓尖峰或處于穩定的過(guò)電壓狀況。

CAN 拓撲的電路保護措施

CAN總線(xiàn)收發(fā)器可允許總線(xiàn)供電電壓高達+/-80V直流電。然而，甩負荷浪涌會(huì )產(chǎn)生出比ISO-7637-2標準（最大86.5V）中規定的更高瞬態(tài)，可能會(huì )損傷收發(fā)器。收發(fā)器的操作電流也因供貨商的不同而有所差異。

下圖顯示了如何在電源輸入端應用可復位PolySwitch設備和MOV（金屬氧化電壓敏電阻器）從而避免因車(chē)載供電系統中心的浪涌電流和電壓異常而產(chǎn)生的損傷。

FlexRay拓撲的電路保護措施

FlexRay協(xié)議專(zhuān)為線(xiàn)控應用所設計，如線(xiàn)控剎車(chē)和線(xiàn)控方向盤(pán)。該線(xiàn)控網(wǎng)絡(luò )方式支持同步和異步數據傳輸，數據傳輸率約為10Mb/s，具有時(shí)間觸發(fā)和事件觸發(fā)行為、冗位和容錯的特點(diǎn)。

該結構支持一“束”2個(gè)節點(diǎn)至64個(gè)節點(diǎn)，其功能主要依靠于兩種類(lèi)型的處理器—ECU和“活動(dòng)星”。 FlexRay通訊通過(guò)一個(gè)常用總線(xiàn)或一個(gè)星形連接在ECU之間進(jìn)行。FlexRay元件的總線(xiàn)輸入必須避免在總線(xiàn)路和系統供電電壓或地電位之間出現短路現象。

下圖方案利用一個(gè)PolySwitch設備進(jìn)行過(guò)電流保護。

車(chē)載照明電路保護方案

車(chē)載照明系統要求高達55A的峰值浪涌電流?？刂栖?chē)載照明的理想解決方案之一，就是將一個(gè)高壓側前置FET驅動(dòng)器和功率FET組合。

一個(gè)前置 FET 驅動(dòng)器被用來(lái)控制系統中的四種不同負載。這種組合能夠通過(guò)溫度系數較好地控制阻性負載。通常，負載被連接在低壓側，而功率 FET 則在高壓側完成配置，以為負載供電。每一條通道都可以由一個(gè)來(lái)自微控制器的并行輸入信號或串行編程寄存器來(lái)控制。在一個(gè)并行結構中，一個(gè)通用 I/O 或基于定時(shí)器的輸出被用來(lái)控制負載電流。

柵極驅動(dòng)輸出通常為一個(gè)恒定電流源，并且吸入輸出端來(lái)控制 FET 柵極電容充電和放電特性。與輸出串聯(lián)的一個(gè)外部電阻器限制了 FET 開(kāi)關(guān)轉換的升降次數。這種效應使轉換率得到了控制，同時(shí)還可有助于減少會(huì )增加電磁干擾（增加開(kāi)關(guān)損耗和功耗）的開(kāi)關(guān)極限期間出現的快速電流變化。這些輸出在內部被控制在 17V 的最大輸出電壓以下，以保護外部 FET 柵極免于源擊穿損壞。與一款集成的解決方案相比較，可以對前置 FET 驅動(dòng)器和功率 FET 的組合進(jìn)行配置，以防止應用中的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)故障。

車(chē)載照明電路故障檢測和控制方案

在所有的系統中故障檢測都是至關(guān)重要的。能夠獨立地對 “開(kāi)啟”狀態(tài)下有短路負載和過(guò)電流現象以及“關(guān)閉”狀態(tài)下有開(kāi)路負載的每一條通道進(jìn)行故障檢測，將使系統能夠做出正確的反應。這種檢測同時(shí)還可以將出現故障的通道隔離開(kāi)，以避免影響其它正常通道，特別是在涉及熱相互作用問(wèn)題的時(shí)候。

當檢測到一個(gè)過(guò)電流狀態(tài)時(shí)，通過(guò)“關(guān)閉”器件或激活將以低占空比自動(dòng)重試和 “開(kāi)啟”FET 的選項設置，就可以對 FET 進(jìn)行保護。這樣就允許系統不斷地檢查故障是否已經(jīng)被排除，并且不會(huì )破壞 FET。

在“關(guān)閉”狀態(tài)下監控開(kāi)路負載故障為系統提供了負載完整性信息。當開(kāi)關(guān)完全處于“關(guān)閉”狀態(tài)下時(shí)，通過(guò)監控外部功率 FET 的電源電壓，就可以實(shí)現對每一條通道開(kāi)路負載故障的檢測。