中心議題:
- Infineon功率芯片在智能車燈控制系統(tǒng)中的應(yīng)用
Lead-in:現(xiàn)今MCU和電力電子技術(shù)在智能車燈控制系統(tǒng)中發(fā)展的趨勢是用智能功率IC替代傳統(tǒng)的繼電器和保險絲,有效實現(xiàn)對車燈的過熱、過壓、短路等故障的保護(hù)和診斷;MCU用PWM調(diào)制來實現(xiàn)對車燈兩端的電壓進(jìn)行控制,以達(dá)到限制車燈電流,延長使用壽命的目的。本文介紹了Infineon高端開關(guān)應(yīng)用于智能車燈控制系統(tǒng)中的應(yīng)用經(jīng)驗,與傳統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行了對比,結(jié)合實例具體分析了其實現(xiàn)的智能診斷技術(shù)在實際產(chǎn)品應(yīng)用中的技術(shù)優(yōu)勢和發(fā)展前景。
智能車燈控制系統(tǒng)概述
本文介紹了在智能車燈控制系統(tǒng)中功率芯片的應(yīng)用經(jīng)驗,與傳統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行了對比,結(jié)合實例具體分析了其實現(xiàn)的智能診斷技術(shù)在實際產(chǎn)品應(yīng)用中的技術(shù)優(yōu)勢和發(fā)展前景。
現(xiàn)今MCU和電力電子技術(shù)在智能車燈控制系統(tǒng)中發(fā)展的趨勢是用智能功率IC替代傳統(tǒng)的繼電器和保險絲,有效實現(xiàn)對車燈的過熱、過壓、短路等故障的保護(hù)和診斷;MCU用PWM調(diào)制來實現(xiàn)對車燈兩端的電壓進(jìn)行控制,以達(dá)到限制車燈電流,延長使用壽命的目的,而且能輕松實現(xiàn)車燈故障時的自動替換并極大地降低待機(jī)功耗。
我們采用Infineon高端開關(guān)應(yīng)用于智能車燈控制系統(tǒng)中。以下詳細(xì)介紹其在實際產(chǎn)品中的應(yīng)用經(jīng)驗。
Infineon芯片新功能
智能車燈控制系統(tǒng)由轎車中12V低壓大電流系統(tǒng)供電,通過MCU控制Infineon智能功率開關(guān)實現(xiàn)上述所有功能。在這套為以ROVER平臺開發(fā)的燈控系統(tǒng)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用意義的新功能。在過負(fù)載和短路情況下,芯片會根據(jù)管壓降的增大而自動降低流限造車網(wǎng)版權(quán)所有,使得在出現(xiàn)頻繁過負(fù)載或短路而MCU未能動作時,能很好地保護(hù)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(dǎo)通壓降的關(guān)系
此外,Infineon新一代芯片具有極低的待機(jī)功耗,BTS5434G的待機(jī)功耗只有5μA。這樣,整個燈控系統(tǒng)的整體功耗相當(dāng)?shù)汀?br />
實際產(chǎn)品中的應(yīng)用設(shè)計經(jīng)驗
在實際產(chǎn)品中的設(shè)計中,BTS6142D電流傳感信號的建立延遲時間為650μs,輸出反饋因此可以躲過遠(yuǎn)光燈等啟動時的大沖擊電流,但是在冷監(jiān)控狀態(tài)下,只有1ms的檢測周期,因此對MCU的AD檢測環(huán)節(jié)要做適當(dāng)延時并保證速度。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的控制線路圖
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遠(yuǎn)光燈啟動時的沖擊電流如圖3所示。
圖3 遠(yuǎn)光燈啟動時的沖擊電流圖
在設(shè)計中,改變反饋信號輸出檢測電阻值(R42)可以調(diào)節(jié)MCU輸入AD采樣信號的高低,以控制在全電流范圍內(nèi)的采樣精度。
但在實際情況下,實際負(fù)載電流與檢測電流的關(guān)系是不一樣的,其實際檢測如下面的公式所示:
根據(jù)不同芯片取值不同。在實際應(yīng)用中,建議在進(jìn)入I/O前接入保護(hù)串聯(lián)電阻:
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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的控制線路圖
BTS5434G可以利用其電流傳感使能(Sense Enable)功能,將多個BTS5434G的電流傳感輸出信號采用“線與”的方式,最終由MCU的兩個AD口進(jìn)行處理,可以有效地節(jié)約MCU資源并省去多路檢測電阻。如圖4所示,在實際應(yīng)用中,還使用了一路開關(guān)在待機(jī)狀態(tài)下將所有的用于自動檢測負(fù)載開路的上拉電阻斷開,更進(jìn)一步降低了待機(jī)功耗。
在設(shè)計中,通過MCU啟動電流傳感使能的功能,依次開通芯片各個通道的反饋信號,分別采樣檢測,可以實現(xiàn)分時輪流診斷,能節(jié)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,可以實現(xiàn)智能診斷技術(shù)。通過MCU處理AD采樣信號,可以準(zhǔn)確得出各個燈控負(fù)載的電流值及開路狀態(tài)。在熱監(jiān)控狀態(tài)下,MCU可以方便地啟動開關(guān),點(diǎn)亮指定燈以代替故障燈的功能。通過調(diào)節(jié)I/O輸出信號的頻率能方便地控制指定燈的亮度漢陽科技,在供電電壓波動時,可以延長燈泡的壽命,而且較低的待機(jī)功耗即將成為現(xiàn)在汽車行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)要求。采用傳統(tǒng)技術(shù)如繼電器和早期芯片均很難得到連續(xù)準(zhǔn)確的電流數(shù)字量反饋信號,外圍電路也極易受干擾并且增加待機(jī)功耗。此外,傳統(tǒng)技術(shù)通過CAN總線傳送給儀表及行車電腦的有關(guān)燈控信息要比智能診斷技術(shù)少得多。
隨著汽車市場的日漸成熟,完善的智能車燈控制系統(tǒng)已不再是高級轎車的專利,開始變成中級轎車的標(biāo)配,成為能夠體現(xiàn)轎車技術(shù)含量和配置檔次的重要模塊。