車身模塊中新的失效保護(hù)方法

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)智能開關(guān)只能自我保護(hù)時(shí)的后果

方案

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)載電流小于智能開關(guān)的限流值。在這個(gè)圖中，當(dāng)限流值超過曲線時(shí)，智能開關(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)載在開關(guān)激活后存在很長時(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流狀況：瞬間過流超出曲線與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)長太短，不足以產(chǎn)生錯(cuò)誤開關(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)開關(guān)本身，又可以保護(hù)被開關(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，該車的車主買了一輛新車，有同樣遭遇的車主不是很少。彌補(bǔ)一輛價(jià)值3000美元的汽車的置換損失需要很多個(gè)模塊。模塊的單價(jià)比較昂貴，底價(jià)不易被接受。從長遠(yuǎn)看，多花一點(diǎn)錢增加這種保護(hù)裝置是物有所值的。