汽車電子系統(tǒng)元器件解決方案

隨著大容量鋰電池的出現(xiàn)，在一些案例中引發(fā)了危險(xiǎn)的失效模式。此外，如何降低電池的重量和成本仍是一項(xiàng)難題：一方面，增加電動(dòng)汽車的續(xù)航里程和電池的容量意味著每個(gè)元件的重量都要減輕；另一方面，由于新一代電動(dòng)汽車?yán)卫蔚囟ㄎ挥诖蟊娛袌?chǎng)，經(jīng)濟(jì)性同樣扮演著極為重要的角色。而僅電池成本就可能高達(dá)數(shù)千歐元， 因此，降低汽車內(nèi)其他配置成本的壓力就更大了。

為了迎接這這所有的挑戰(zhàn)，F(xiàn)CI連接器公司的Power.S3系列的新型連接器和充電插頭產(chǎn)品在高功率操作、成本競(jìng)爭(zhēng)力、耐久性、緊湊性、人體工學(xué)和人員安全方面做了最優(yōu)化的設(shè)計(jì)。，F(xiàn)CI連接器公司與REMA（REMA是一家制造電動(dòng)叉車用插頭和插座的專業(yè)生產(chǎn)廠家）攜手合作，最先推出的合作成果是單相16/32A充電插頭和插座，符合SAE J1772和IEC62192-1標(biāo)準(zhǔn)：“慢充”電動(dòng)汽車/混合動(dòng)力汽車應(yīng)用方面的國(guó)際通用標(biāo)準(zhǔn)。這些產(chǎn)品用于在公共充電站或在家對(duì)汽車的鋰電池充電，充電時(shí)間為4~8h。

汽車領(lǐng)域仍然具有開拓性，對(duì)于工程師來(lái)說(shuō)，要保證系統(tǒng)完全無(wú)故障地工作并不容易。這種針對(duì)性能的模擬和分析對(duì)于電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車的設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的。涉及這些新型汽車設(shè)計(jì)和制造的公司都處于快速上升的學(xué)習(xí)階段，而對(duì)于產(chǎn)品在實(shí)際應(yīng)用中的性能，還有許多東西有待我們學(xué)習(xí)。

車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)電路保護(hù)方案

車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將扮演著越來(lái)越重要的角色。新型客車、卡車、公共汽車甚至摩托車都已成為移動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)，將眾多特征和功能連接在一起，如內(nèi)置控制、移動(dòng)媒體和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。信息娛樂系統(tǒng)、遠(yuǎn)程信息處理、安全控制等的應(yīng)用均需使用幾種現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，其中LIN、CAN、FlexRay就是最重要的三種標(biāo)準(zhǔn)。

LIN拓?fù)涞碾娐繁Ｗo(hù)措施

LIN總線拓?fù)渫ǔＳ糜谶B接開關(guān)、傳感器和促動(dòng)器至車載網(wǎng)絡(luò)LIN總線標(biāo)準(zhǔn)要求當(dāng)LIN總線路因正電壓小于 26.5V或接地而出現(xiàn)短路時(shí)，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)恢復(fù)正常工作。物理層上的ESD浪涌電阻根據(jù)IEC61000-4-2要求必須符合最低放電電壓電平±2kV。然而，ECU連接器上可能會(huì)出現(xiàn)達(dá)到±8kV的電平。

下圖為為協(xié)同的電路保護(hù)圖，顯示出一個(gè)設(shè)置在功率輸入的可復(fù)位PolySwitch器件如何在電源輸入端保護(hù)ECU和LIN節(jié)點(diǎn)連接器免受過(guò)電流情況的損傷，以及一個(gè)MLV（多層電壓敏電阻器）如何為車載網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用提供所需的高電流處理和能量吸收的過(guò)電壓保護(hù)。

需要通過(guò)過(guò)電流保護(hù)對(duì)出現(xiàn)故障或過(guò)載現(xiàn)象時(shí)進(jìn)行過(guò)電流限制。同時(shí)也需要通過(guò)電路保護(hù)設(shè)備限制電壓尖峰或處于穩(wěn)定的過(guò)電壓狀況。

CAN 拓?fù)涞碾娐繁Ｗo(hù)措施

CAN總線收發(fā)器可允許總線供電電壓高達(dá)+/-80V直流電。然而，甩負(fù)荷浪涌會(huì)產(chǎn)生出比ISO-7637-2標(biāo)準(zhǔn)（最大86.5V）中規(guī)定的更高瞬態(tài)，可能會(huì)損傷收發(fā)器。收發(fā)器的操作電流也因供貨商的不同而有所差異。

下圖顯示了如何在電源輸入端應(yīng)用可復(fù)位PolySwitch設(shè)備和MOV（金屬氧化電壓敏電阻器）從而避免因車載供電系統(tǒng)中心的浪涌電流和電壓異常而產(chǎn)生的損傷。

FlexRay拓?fù)涞碾娐繁Ｗo(hù)措施

FlexRay協(xié)議專為線控應(yīng)用所設(shè)計(jì)，如線控剎車和線控方向盤。該線控網(wǎng)絡(luò)方式支持同步和異步數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)傳輸率約為10Mb/s，具有時(shí)間觸發(fā)和事件觸發(fā)行為、冗位和容錯(cuò)的特點(diǎn)。

該結(jié)構(gòu)支持一“束”2個(gè)節(jié)點(diǎn)至64個(gè)節(jié)點(diǎn)，其功能主要依靠于兩種類型的處理器—ECU和“活動(dòng)星”。 FlexRay通訊通過(guò)一個(gè)常用總線或一個(gè)星形連接在ECU之間進(jìn)行。FlexRay元件的總線輸入必須避免在總線路和系統(tǒng)供電電壓或地電位之間出現(xiàn)短路現(xiàn)象。

下圖方案利用一個(gè)PolySwitch設(shè)備進(jìn)行過(guò)電流保護(hù)。

車載照明電路保護(hù)方案

車載照明系統(tǒng)要求高達(dá)55A的峰值浪涌電流。控制車載照明的理想解決方案之一，就是將一個(gè)高壓側(cè)前置FET驅(qū)動(dòng)器和功率FET組合。

一個(gè)前置 FET 驅(qū)動(dòng)器被用來(lái)控制系統(tǒng)中的四種不同負(fù)載。這種組合能夠通過(guò)溫度系數(shù)較好地控制阻性負(fù)載。通常，負(fù)載被連接在低壓側(cè)，而功率 FET 則在高壓側(cè)完成配置，以為負(fù)載供電。每一條通道都可以由一個(gè)來(lái)自微控制器的并行輸入信號(hào)或串行編程寄存器來(lái)控制。在一個(gè)并行結(jié)構(gòu)中，一個(gè)通用 I/O 或基于定時(shí)器的輸出被用來(lái)控制負(fù)載電流。

柵極驅(qū)動(dòng)輸出通常為一個(gè)恒定電流源，并且吸入輸出端來(lái)控制 FET 柵極電容充電和放電特性。與輸出串聯(lián)的一個(gè)外部電阻器限制了 FET 開關(guān)轉(zhuǎn)換的升降次數(shù)。這種效應(yīng)使轉(zhuǎn)換率得到了控制，同時(shí)還可有助于減少會(huì)增加電磁干擾（增加開關(guān)損耗和功耗）的開關(guān)極限期間出現(xiàn)的快速電流變化。這些輸出在內(nèi)部被控制在 17V 的最大輸出電壓以下，以保護(hù)外部 FET 柵極免于源擊穿損壞。與一款集成的解決方案相比較，可以對(duì)前置 FET 驅(qū)動(dòng)器和功率 FET 的組合進(jìn)行配置，以防止應(yīng)用中的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)故障。

車載照明電路故障檢測(cè)和控制方案

在所有的系統(tǒng)中故障檢測(cè)都是至關(guān)重要的。能夠獨(dú)立地對(duì) “開啟”狀態(tài)下有短路負(fù)載和過(guò)電流現(xiàn)象以及“關(guān)閉”狀態(tài)下有開路負(fù)載的每一條通道進(jìn)行故障檢測(cè)，將使系統(tǒng)能夠做出正確的反應(yīng)。這種檢測(cè)同時(shí)還可以將出現(xiàn)故障的通道隔離開，以避免影響其它正常通道，特別是在涉及熱相互作用問題的時(shí)候。

當(dāng)檢測(cè)到一個(gè)過(guò)電流狀態(tài)時(shí)，通過(guò)“關(guān)閉”器件或激活將以低占空比自動(dòng)重試和 “開啟”FET 的選項(xiàng)設(shè)置，就可以對(duì) FET 進(jìn)行保護(hù)。這樣就允許系統(tǒng)不斷地檢查故障是否已經(jīng)被排除，并且不會(huì)破壞 FET。

在“關(guān)閉”狀態(tài)下監(jiān)控開路負(fù)載故障為系統(tǒng)提供了負(fù)載完整性信息。當(dāng)開關(guān)完全處于“關(guān)閉”狀態(tài)下時(shí)，通過(guò)監(jiān)控外部功率 FET 的電源電壓，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)每一條通道開路負(fù)載故障的檢測(cè)。