車身電子市場的主要趨勢和創(chuàng)新動力

汽車電子元器件市場覆蓋率今后幾年有望持續(xù)增長，主動/被動安全系統(tǒng)、增強型人機界面(抬頭顯示器、觸摸屏等)和車身便利功能領(lǐng)漲。值得一提的是，市場對更高品質(zhì)汽車的需求將會拉動高端汽車銷量增長。在2013~2018年間，中國汽車電子市場預計增長最快，年復合增長率有望達到3.5%。

隨著汽車電子化水平不斷提高，汽車系統(tǒng)將會變得更加復雜，這將對車身電子系統(tǒng)構(gòu)成影響，同時還給電子系統(tǒng)架構(gòu)定義和有特殊應用要求/需求的設(shè)計帶來不小的挑戰(zhàn)：

●電力負載數(shù)量增多、空間和重量雙雙降低，將挑戰(zhàn)印刷電路板散熱處理能力。

●為最大限度減少印刷電路板上的線路數(shù)量和所需的應用資源，固態(tài)電源開關(guān)需要簡單的診斷功能。

●ECU之間和ECU與電力負載之間的線路數(shù)量需要優(yōu)化和最小化，以抵消因總體復雜性提高而增加的線路數(shù)量和重量 。

●電氣線束截面及重量也需要優(yōu)化和最小化，以抵消因總體復雜性提高而增加的線路數(shù)量和重量。

●待機電流需要最小化 。

●可靠性需要最大化 。

車身控制模塊的功率密度和應用微控制器資源的最小化

如前文所述，因為車身控制模塊管理的負載數(shù)量日益增加，而車身控制模塊的重量和尺寸不斷降低時，車身控制模塊本身的功率密度將會大幅提高。因此，控制系統(tǒng)性能即監(jiān)測負載功耗和印刷電路板/器件溫度非常重要。值得注意的是，監(jiān)測每個負載的功耗和溫度對監(jiān)測應用微控制器的計算能力提出了更高的要求。

意法半導體(ST)最新的VIPower M0-7系列高邊驅(qū)動器(HSD)按照應用要求改進了診斷反饋，使用一個叫做多傳感器引腳的模擬輸出，可監(jiān)測最多4路(負載)工作電流、電池電壓和設(shè)備散熱器溫度，微控制器資源占用很少。新高邊驅(qū)動器具有如下優(yōu)勢：

●通過最大限度減少外部元器件和印刷電路板上控制級與執(zhí)行級之間的連線數(shù)量，簡化印刷電路板設(shè)計。

●在開發(fā)階段，通過功率器件執(zhí)行印刷電路板熱圖分析，簡化車身控制模塊的功能優(yōu)化過程。

●在模塊制造完成后檢查焊接過程 。

●當模塊過熱時，智能 “配電”可選擇性關(guān)閉相關(guān)負載。

●強化的斷態(tài)實時診斷功能(甚至可以發(fā)現(xiàn)斷態(tài)器件的異常過熱)。

最大限度降低連線數(shù)量和線束截面

根據(jù)意法半導體估算，在機電式繼電器被大量電子開關(guān)取代后，汽車電氣線束的截面可縮小二分之一，車身控制模塊中的保險使用量也大幅降低，為印刷電路板節(jié)省更多的空間，降低重量。

圖1是一個典型的使用繼電器控制的照明系統(tǒng)電路圖。

圖1：繼電器控制的照明系統(tǒng)電路圖。

為最大限度減少保險使用量，通常的做法是將負載集中安裝，以便共用一個保險。以兩個轉(zhuǎn)向燈為例討論這個問題，顯然，所選保險的額定值必須能夠承受所有負載同時工作所需的最大工作電流(在本例中：最大工作電流為 21W+21W+5W的2倍)。為確(本例中是15A)更高的短路電流。因此，布線設(shè)計必須考慮總體負載而不是單個線路負載。顯然，理論上可通過一個負載一個保險的方法解決這個問題，但是這個解決辦法對成本、重量和空間的要求很高，特別是考慮到前文提到的汽車便利性負載數(shù)量日益增加的趨勢。

圖2所示是三條電流-時間曲線:

●截面0.5mm2的銅線能夠承受的脈沖電流，該脈沖電流與脈沖時長是函數(shù)關(guān)系。

●當施加與電流脈沖振幅呈函數(shù)關(guān)系的脈沖電流時， VND7020進入熱關(guān)斷模式所用時間。

●轉(zhuǎn)向燈負載(兩只21W燈泡及1個5W燈泡)曲線(典型)。

圖2：不同狀態(tài)的電流-時間曲線圖。

從圖中可以看出，VND7020曲線位于負載和線纜曲線之間，表示工作條件正常，未進入熱關(guān)斷模式，當出現(xiàn)過載(例如短路)時，該器件可以保護線纜。

這個多通道器件的每個通道都具有保護功能，開發(fā)人員可根據(jù)負載特點選擇線纜，同時可通過電子技術(shù)保護線纜，保險被替代可進一步節(jié)省空間，降低重量，節(jié)省成本。例如，如果使用高邊驅(qū)動器，負載連接可如圖3進行修改。

優(yōu)化系統(tǒng)成本

過去幾年，車身控制模塊的復雜性和市場期待的系統(tǒng)功能局限于數(shù)量有限的負載驅(qū)動和較弱的診斷功能，因此，降低系統(tǒng)成本的壓力主要集中在這些為數(shù)不多的負載所需的驅(qū)動芯片。如前文所述，這種局面正在快速改變。車身電腦驅(qū)動的負載數(shù)量的增加以及車企對提高診斷和安全性的迫切要求導致汽車系統(tǒng)變得更加復雜，將降低成本的關(guān)注點從單純的半導體轉(zhuǎn)向汽車的總系統(tǒng)成本。

在尺寸確定的印刷電路板上，提高模塊復雜性對電子元器件的集成度有更高的要求。這一趨勢在智能電源開關(guān)上最為明顯，設(shè)備必須集成更多的智能功能(例如保護和診斷)，同時壓縮芯片和封裝的尺寸，最大限度降低印刷電路板尺寸、重量和成本。意法半導體的高邊驅(qū)動器推動這一市場趨勢， 從歷史上看，每一代VIPower-M0技術(shù)都將芯片尺寸縮小40%~ 50%，這為使用更小的封裝提供了可能，例如，PowerSSO-16。這個新封裝的面積為20 mm2，能夠容納多顆M0-7 HSD開關(guān)，單通道開關(guān)導通電阻最低10mΩ，四通道開關(guān)導通電阻最低50m歐。

雖然芯片尺寸變小，但是散熱性能并沒有因此而受到影響，意法半導體的芯片制造技術(shù)和封裝技術(shù)使PSSO-16封裝具有出色的熱性能表現(xiàn)(在4層印刷電路板上，熱阻RTH為21℃/W)。

從降低總擁有成本角度看，車企要求車身電子系統(tǒng)必須支持模塊化(例如，大眾的MQB平臺)。通過讓車企在不同汽車市場和車型上重復使用同一印刷電路板，模塊化解決方案可降低設(shè)計、測試、制造等環(huán)節(jié)的成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，縮短研發(fā)周期。

為滿足這個要求，意法半導體VIPower M0高邊驅(qū)動器同代產(chǎn)品引腳對引腳兼容，軟件相互兼容，在M0-5產(chǎn)品上出現(xiàn)的擴展性在M0-7上改進升級，大約70%的在售產(chǎn)品共用同一封裝(PPSO-16)，覆蓋不同的導通電阻值和通道數(shù)量(PSSO16有單通道或雙通道產(chǎn)品)。這些特性可提高模塊再用性，只要在生產(chǎn)過程中焊接不同的驅(qū)動器，即可通過同一個印刷電路板設(shè)計驅(qū)動不同的電氣負載。