車身控制模塊需求分析與具體方案詳解
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隨著人們對汽車的操控性及舒適性需求不斷升高，汽車車身中的電子設備越來越多，如電動后視鏡、中控門鎖、玻璃升降器、車燈乃至其它更多的高級功能等。 應用環(huán)境苛刻的車身控制模塊(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、車身網絡及板外大功率負載驅動等多個方面的要求，并比較分析了一些領域中不同方案的優(yōu)劣勢。
安森美半導體針身為全球領先的高性能、高能效硅方案供應商，針對車身控制模塊等汽車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(wěn)壓器、總線收發(fā)器、高頻收發(fā)器、繼電器驅動器、預驅動器、電機驅動器、LED驅動器及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，從而在市場上占據優(yōu)勢。
本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/201612/330421.htm
圖1：典型車身控制模塊(BCM)的系統架構。
2 電源要求及方案選擇
典型車身控制模塊(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，汽車內的用電設備越來越多，如果電池直接供電的設備靜態(tài)電流不夠低，而汽車連續(xù)停泊較長時間，車內蓄電池可能因為過度放電而使汽車無法重新啟動，故BCM 設計需要考慮靜態(tài)電流。此外，汽車應用中可能會常常面對高溫環(huán)境，所以要求電源提供過溫保護。
適合于BCM 的電源包括線性電源(或稱線性穩(wěn)壓器)和開關電源(或稱開關穩(wěn)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。在車身控制模塊的供電電源方面，中國市場上所售汽車中，轎車一般采用12 V 電源，而卡車和客車一般采用24 V 電源。在12 V 電源BCM 中，推薦采用安森美半導體的線性穩(wěn)壓器，如NCV4275A 等，見圖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)線性穩(wěn)壓器，這款器件支持可編程微控制器復位，并提供多種特性，如過流保護、過溫保護、短路保護等。此外，在下圖中位置1 處串聯一個二極管(MRA4005)，這線性電源能有效防止高達-42 V 的反向電壓；在位置2 處并聯一個瞬態(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(wěn)定的電源雜波，符合12 V 汽車電源系統的ISO16750-2-2003 4.6 過壓測試規(guī)范。實際上，在汽車發(fā)動機啟動瞬間就可能出現負載突降，從而導致電池電壓升高至超過40 V。這些特性讓NCV4275A 非常適合汽車車身控制模塊應用。
實際上，NCV4275A 僅是安森美半導體針對汽車應用的寬范圍線性穩(wěn)壓器中的一款，其它線性穩(wěn)壓器有如NCV8664/5、NCV4949、NCV8503/4/5/6、NCV4274A等。超低靜態(tài)功耗的產品，靜態(tài)電流低至30 μA 以下，驅動電流范圍在100 mA至450 mA 之間。
圖2：車身控制模塊中線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，如果采用線性穩(wěn)壓器，電源芯片本身就會有很高的功率消耗，產生大量熱量導致溫度過高而燒壞芯片，所以我們需要采用開關穩(wěn)壓器，我們推薦采用安森美半導體系列用于汽車的開關穩(wěn)壓器，如NCV51411、NCV8842、NCV8843、NCV33063、NCV33163、NCV3063、NCV3163、LM2576、LM2575 及NCV2574 等。這些開關穩(wěn)壓器具有較高的效率，避免產生大量的放熱，保護芯片，提升系統可靠性。這些汽車應用的開關穩(wěn)壓器驅動電流多數在0.5 A 至1.5 A 之間，有的達到2.5(NCV33163)，開關頻率在50 kHz 至300 kHz 之間。以NCV51441 為例，這款器件使用V2 控制架構，提供無可比擬的瞬態(tài)響應、極佳總體穩(wěn)壓精度及最簡單的環(huán)路補償。這款器件上的“BOOST”引腳支持“充當啟動電路(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 車身網絡要求及發(fā)展趨勢
可以應用于汽車中的系統總線有多種，如控制器區(qū)域網絡(CAN)、本地互連網絡(LIN)及FelxRay 等。這些總線的特點各不相同，表1 比較了汽車應用中幾種常見的系統總線，并列出了典型的安森美半導體總線收發(fā)器產品。
表1：不同汽車總線比較及典型收發(fā)器。
安森美半導體的總線收發(fā)器系列非常適合車身控制網絡應用要求。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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