基于TI MSPM0 MCU的車載充電機(jī)插槍喚醒方案

車載充電機(jī)（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(shí)需要一個(gè)低功耗的常待機(jī)喚醒模塊，檢測(cè)充電槍的插槍信號(hào)，來喚醒車載充電機(jī)主電路。本文將介紹基于TI MSPM0 MCU的喚醒方案，相對(duì)于傳統(tǒng)方案，具有高兼容性，高可靠性，便于維護(hù)，更低功耗，以及小體積等優(yōu)點(diǎn)。

1.  GB/T 18487.1-2015

在展開講述前，我們需要簡(jiǎn)單了解一下國(guó)內(nèi)比較通用的電動(dòng)汽車的充電協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)-GB/T 18487.1-2015（電動(dòng)汽車傳導(dǎo)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(jiǎn)單拆分成以下幾點(diǎn)：

1. 車輛檢測(cè)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(cè)點(diǎn)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(cè)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(cè)點(diǎn)1的峰值電壓滿足要求（檢測(cè)S2是否閉合），則充電設(shè)備閉合主繼電器K1, K2；

6. 車輛進(jìn)一步檢測(cè)CC,CP值，協(xié)商充電電流大小，開始充電。

2.  基于TI MSPM0 MCU的喚醒方案

本文論述的插槍喚醒方案的主要功能，是通過檢測(cè)端口的電氣參數(shù)，判斷插槍狀態(tài)，進(jìn)而喚醒主MCU來進(jìn)行進(jìn)一步的充電握手，達(dá)到整機(jī)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(zhǎng)期待機(jī)，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(cè)方面，以交流充電樁為例，它是通過檢測(cè)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(cè)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(cè)需要MCU的ADC模塊或者比較器模塊，判斷此時(shí)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(dāng)檢測(cè)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(cè)MSPM0 MCU發(fā)過來的PWM占空比， 分辨喚醒源。

3.   TI 車規(guī)級(jí)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(yùn)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(chǎng)景。

4. 方案優(yōu)勢(shì)

4.1 高兼容性

即便GB/T 18487.1-2015對(duì)充電協(xié)議進(jìn)行了規(guī)范，但是各大主機(jī)廠對(duì)插槍喚醒的要求各不相同：

喚醒延時(shí)時(shí)間：從插槍到喚醒host MCU的時(shí)間，根據(jù)這個(gè)時(shí)間配置消抖濾波時(shí)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(huì)定義有效信號(hào)的持續(xù)時(shí)間要求。

喚醒源：CC喚醒, CP喚醒, 預(yù)約充電，以及V2L等模式。

針對(duì)以上需求差異，傳統(tǒng)的分立電路方案需要搭建復(fù)雜的電路，且調(diào)整相應(yīng)參數(shù)，來適配不同的需求，不利于硬件平臺(tái)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(tái)化開發(fā)，減少開發(fā)時(shí)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(jì)難度，此外，對(duì)物料管控也是一個(gè)挑戰(zhàn)。

4.3 便于維護(hù)

在汽車出廠后，針對(duì)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(yīng)最新的需求，便于后期維護(hù)。

4.4 低功耗

隨著主機(jī)廠對(duì)低功耗的要求越來越高，尤其當(dāng)靜態(tài)電流要求降低到100uA以內(nèi)時(shí)，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(shí)間，定期把MCU從standby模式喚醒到normal模式來進(jìn)行定期檢測(cè)。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(shí)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(xì)描述了基于TI MSPM0 MCU的車載充電機(jī)插槍喚醒模塊的運(yùn)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(hù)性，低功耗方面的優(yōu)勢(shì)。為滿足工況日益復(fù)雜，參數(shù)要求嚴(yán)苛的插槍充電場(chǎng)景提出了有效方案。

參考文獻(xiàn)

[1] GB/T 18487.1-2015

[2] MSPM0L130x datasheet

來源：TI

作者：Terry Liang