基于TI MSPM0 MCU的車載充電機插槍喚醒方案
車載充電機(OBC)在整車下電后,為保證低功耗,包括主控MCU在內(nèi)的絕大部分電路都處于休眠狀態(tài),此時需要一個低功耗的常待機喚醒模塊,檢測充電槍的插槍信號,來喚醒車載充電機主電路。本文將介紹基于TI MSPM0 MCU的喚醒方案,相對于傳統(tǒng)方案,具有高兼容性,高可靠性,便于維護,更低功耗,以及小體積等優(yōu)點。
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/202301/442525.htm1. GB/T 18487.1-2015
在展開講述前,我們需要簡單了解一下國內(nèi)比較通用的電動汽車的充電協(xié)議標準-GB/T 18487.1-2015(電動汽車傳導充電系統(tǒng) 第1部分:通用要求)。
主要的充電握手步驟可以簡單拆分成以下幾點:
1. 車輛檢測CC端口阻值,判斷車端連接頭的連接狀態(tài)(斷開/半連接/連接狀態(tài));
2. 充電設(shè)備監(jiān)控檢測點1的電平,判斷線纜是否接好,且本身無故障,如果一切就緒,則S1切換到PWM檔;
3. 車輛檢測CP占空比,以及電壓值,初步判斷是否為有效值,判斷S1是否已經(jīng)切換到PWM檔;
4. 車輛自檢,無故障,且電池處于可充電狀態(tài),則閉合S2;
5. 設(shè)備檢測點1的峰值電壓滿足要求(檢測S2是否閉合),則充電設(shè)備閉合主繼電器K1, K2;
6. 車輛進一步檢測CC,CP值,協(xié)商充電電流大小,開始充電。
本文論述的插槍喚醒方案的主要功能,是通過檢測端口的電氣參數(shù),判斷插槍狀態(tài),進而喚醒主MCU來進行進一步的充電握手,達到整機在汽車熄火狀態(tài)下的低功耗要求。
插槍喚醒方案框圖如下。由于MSPM0 MCU需要長期待機,需要一顆低功耗,寬輸入電壓的LDO給其供電。端口電氣參數(shù)檢測方面,以交流充電樁為例,它是通過檢測CC端口的電阻值, 或者CP端口上的電壓以及占空比等信息,通過檢測數(shù)值范圍判斷插槍狀態(tài)的有效性和喚醒源。其中CC端口的電阻檢測需要MCU的ADC模塊或者比較器模塊,判斷此時電阻值,而CP端口的電壓以及占空比信息則需要ADC模塊以及Timer。當檢測到有效的插槍狀態(tài),則通過GPIO拉高 HOST MCU 供電LDO的使能引腳,HOST MCU上電。并通過檢測MSPM0 MCU發(fā)過來的PWM占空比, 分辨喚醒源。
3. TI 車規(guī)級MCU-MSPM0
MSPM0是TI基于Arm? 32-bit Cortex?-M0+內(nèi)核的全新MCU系列。擁有非常豐富的產(chǎn)品矩陣,從8pin到100pin,從4kB到512kB的Flash,從1kB到128kB的SRAM,從32MHz到80MHz的主頻,以及豐富的外設(shè)資源:ADC, DAC, Timer, 運放,比較器,豐富的通信接口:UART (LIN), I2C (FM+), SPI, and I2S, CAN-FD, USB 2.0 FS, LCD, Secure boot, AES256, TRNG等。滿足不同的車載使用場景。
4. 方案優(yōu)勢
4.1 高兼容性
即便GB/T 18487.1-2015對充電協(xié)議進行了規(guī)范,但是各大主機廠對插槍喚醒的要求各不相同:
喚醒延時時間:從插槍到喚醒host MCU的時間,根據(jù)這個時間配置消抖濾波時間;
喚醒條件:CP高電平電壓根據(jù)不同的充電樁有不同的規(guī)格。此外,車廠還會定義有效信號的持續(xù)時間要求。
喚醒源:CC喚醒, CP喚醒, 預約充電,以及V2L等模式。
針對以上需求差異,傳統(tǒng)的分立電路方案需要搭建復雜的電路,且調(diào)整相應參數(shù),來適配不同的需求,不利于硬件平臺化開發(fā)。而使用MCU方案可以使開發(fā)者使用同一套硬件方案,通過改軟件來輕松適配不同的需求,有利于平臺化開發(fā),減少開發(fā)時間。
4.2 高可靠性
傳統(tǒng)分立方案需要用到大量阻容器件,以及三極管。整體功耗受溫度影響較大。另外,不同廠家的器件一致性差異大,在考慮最惡劣情況下,增加了設(shè)計難度,此外,對物料管控也是一個挑戰(zhàn)。
4.3 便于維護
在汽車出廠后,針對車廠的新需求,或者充電樁的新工況,基于MCU架構(gòu)的方案可以通過OTA的方法,靈活調(diào)整喚醒條件,適應最新的需求,便于后期維護。
4.4 低功耗
隨著主機廠對低功耗的要求越來越高,尤其當靜態(tài)電流要求降低到100uA以內(nèi)時,分立方案難以滿足。TI MSPM0系列內(nèi)置Timmer,且在standby模式下仍然可以工作。 可自定義喚醒時間,定期把MCU從standby模式喚醒到normal模式來進行定期檢測。而TI MSPM0系列在standby模式下的靜態(tài)電流在全溫度范圍內(nèi)的典型值在10uA左右,由于MCU在大部分時間處于standby模式,因此平均電流損耗可以輕松滿足要求。
總結(jié)
本文詳細描述了基于TI MSPM0 MCU的車載充電機插槍喚醒模塊的運行原理,并展示了和傳統(tǒng)方案相比,在兼容性,可靠性,可維護性,低功耗方面的優(yōu)勢。為滿足工況日益復雜,參數(shù)要求嚴苛的插槍充電場景提出了有效方案。
參考文獻
[1] GB/T 18487.1-2015
[2] MSPM0L130x datasheet
來源:TI
作者:Terry Liang
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