車身控制模塊(BCM)的失效保護(hù)
像硬短路一樣的短路事件比較容易保護(hù),例如,受驅(qū)動(dòng)器限制的負(fù)載電流。在這種情況下,功耗不是I2R的結(jié)果,而是驅(qū)動(dòng)器上的電壓降與相應(yīng)的限流的結(jié)果。這是一個(gè)高功耗事件,大部分功耗發(fā)生在智能開(kāi)關(guān)上而不是線束上。因此,開(kāi)關(guān)的溫度迅速升高,激活過(guò)熱關(guān)斷功能,從而保護(hù)相關(guān)的線束。
車身模塊中的大多數(shù)負(fù)載是燈泡。燈泡有一個(gè)很難處理的特性:涌流,我們了解并喜歡這個(gè)特性。涌流要求強(qiáng)迫固態(tài)開(kāi)關(guān)的限流值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于穩(wěn)定狀態(tài)開(kāi)關(guān)操作所需的限流值。我所說(shuō)的一切都是為了說(shuō)明:當(dāng)沒(méi)有發(fā)生嚴(yán)重的硬短路事件時(shí),這些高涌流的元器件準(zhǔn)許異常高的穩(wěn)態(tài)電流在線束內(nèi)流動(dòng),這就是固態(tài)開(kāi)關(guān)保護(hù)自我而不保護(hù)所在系統(tǒng)的情況。這時(shí),電流強(qiáng)度還不足以激活開(kāi)關(guān)限流功能,但是足以燒毀線束或電路板。
在圖5的示例中有一個(gè)點(diǎn),智能開(kāi)關(guān) (VN5010)將繼續(xù)前行,而電線將開(kāi)始自毀(紅線在藍(lán)色虛線上方)。如果這種情況是真實(shí)的,甚至連電路板都可能會(huì)自毀?,F(xiàn)在考慮到涌流要求很可能更加嚴(yán)格,我們開(kāi)始意識(shí)到有必要開(kāi)發(fā)一個(gè)能夠仿真熔斷器特性的保護(hù)算法。
在用一個(gè)“大熔斷器”保護(hù)多個(gè)上橋臂驅(qū)動(dòng)負(fù)載的應(yīng)用中,有些問(wèn)題需要考慮。在這些應(yīng)用中,“大熔斷器”的電流處理功能可能高于任何一條被保護(hù)的線束。因此,當(dāng)一條電線上出現(xiàn)“軟短路”時(shí),如果上橋臂驅(qū)動(dòng)器十分強(qiáng)健,能夠處理更高的短路電流和熔斷保護(hù)功能,那么線束或電路板可能會(huì)自毀。
圖6:當(dāng)智能開(kāi)關(guān)只能自我保護(hù)時(shí)的后果
該解決方案是實(shí)現(xiàn)一個(gè)能夠仿真熔斷器的I2-t特性的智能電路保護(hù)算法。這個(gè)概念可轉(zhuǎn)化為“曲線下面積”。在下圖(圖 7)中,曲線下面積(A區(qū))是保護(hù)算法的I2-t界限內(nèi)。B區(qū)所示是在一段時(shí)間內(nèi)的恒定超負(fù)載條件,其中,超負(fù)載電流小于智能開(kāi)關(guān)的限流值。在這個(gè)圖中,當(dāng)限流值超過(guò)曲線時(shí),智能開(kāi)關(guān)不會(huì)被閉鎖。當(dāng)B區(qū)突破A區(qū)時(shí),器件閉鎖。這個(gè)原則適用于超負(fù)載在開(kāi)關(guān)激活后存在很長(zhǎng)時(shí)間的狀況。
圖7:超負(fù)載與功率限制區(qū)比較
可能存在一種特殊的瞬間過(guò)流狀況:瞬間過(guò)流超出曲線與A區(qū)交接的界限,但是“曲線下面積”不足以產(chǎn)生錯(cuò)誤開(kāi)關(guān)條件。在下圖中(圖8),這個(gè)錯(cuò)誤是很嚴(yán)重的,但是因?yàn)闀r(shí)長(zhǎng)太短,不足以產(chǎn)生錯(cuò)誤開(kāi)關(guān)條件。
圖8:瞬間錯(cuò)誤不會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤關(guān)斷狀況
這種保護(hù)算法準(zhǔn)許出色多個(gè)涌流,同時(shí)不會(huì)強(qiáng)制系統(tǒng)處理比正常高出很多的穩(wěn)態(tài)電流。因此,這種算法提供一個(gè)強(qiáng)健的保護(hù)功能,既可以保護(hù)開(kāi)關(guān)本身,又可以保護(hù)被開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)的線束。再加上其它的安全機(jī)制,如內(nèi)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(jì)數(shù)器,可以在芯片上實(shí)現(xiàn)這個(gè)算法,控制該升降序計(jì)數(shù)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(jì)數(shù)器的方向由參考電流確定。當(dāng)檢測(cè)電流高于參考電流閾值時(shí),計(jì)數(shù)器升序計(jì)數(shù),速率與檢測(cè)電流和參考電流的差的平方成正比。當(dāng)檢測(cè)電流低于參考電流閾值時(shí),計(jì)數(shù)器以固定值降序計(jì)數(shù)。固定降序計(jì)數(shù)值的設(shè)定目的是更好地估算熔斷器的散熱性。
這個(gè)閾值涌流要比電線的電流處理能力略低(如圖5所示,小于14A DC)。計(jì)數(shù)器一旦達(dá)到某一個(gè)預(yù)設(shè)值后,輸出就會(huì)被立即關(guān)斷。因?yàn)檫@種算法是利用熔斷器型的特性保護(hù)電線,所以直到微控制器重新初始化,將輸出重新導(dǎo)通之前,驅(qū)動(dòng)器始終保持關(guān)斷狀態(tài)。
圖10:采用保護(hù)算法的外推i2-t曲線與電線和熔斷器比較
實(shí)現(xiàn)這種保護(hù)方法的智能開(kāi)關(guān)系列產(chǎn)品的應(yīng)用,可降低給定車身電子模塊的線束成本,限制熔斷器的數(shù)量,同時(shí)提高可靠性和安全性。
當(dāng)一次短路輸出最終燒毀了她的BCM時(shí),車廂內(nèi)充滿了刺鼻的燒焦味,如圖6電路板所示
評(píng)論