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)了危險的失效模式。此外，如何降低電池的重量和成本仍是一項難題：一方面，增加電動汽車的續(xù)航里程和電池的容量意味著每個元件的重量都要減輕；另一方面，由于新一代電動汽車?yán)卫蔚囟ㄎ挥诖蟊娛袌?，?jīng)濟性同樣扮演著極為重要的角色。而僅電池成本就可能高達數(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、成本競爭力、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。，F(xiàn)CI連接器公司與REMA（REMA是一家制造電動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”電動汽車/混合動力汽車應(yīng)用方面的國際通用標(biāo)準(zhǔn)。這些產(chǎn)品用于在公共充電站或在家對汽車的鋰電池充電，充電時間為4~8h。

汽車領(lǐng)域仍然具有開拓性，對于工程師來說，要保證系統(tǒng)完全無故障地工作并不容易。這種針對性能的模擬和分析對于電動汽車和混合動力汽車的設(shè)計者來說是至關(guān)重要的。涉及這些新型汽車設(shè)計和制造的公司都處于快速上升的學(xué)習(xí)階段，而對于產(chǎn)品在實際應(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)電路保護方案

車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將扮演著越來越重要的角色。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、移動媒體和無線網(wǎng)絡(luò)。信息娛樂系統(tǒng)、遠程信息處理、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拓撲的電路保護措施

LIN總線拓撲通常用于連接開關(guān)、傳感器和促動器至車載網(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，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連接器上可能會出現(xiàn)達到±8kV的電平。

下圖為為協(xié)同的電路保護圖，顯示出一個設(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ECU和LIN節(jié)點連接器免受過電流情況的損傷，以及一個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電壓保護。

需要通過過電流保護對出現(xiàn)故障或過載現(xiàn)象時進行過電流限制。同時也需要通過電路保護設(shè)備限制電壓尖峰或處于穩(wěn)定的過電壓狀況。

CAN 拓撲的電路保護措施

CAN總線收發(fā)器可允許總線供電電壓高達+/-80V直流電。然而，甩負荷浪涌會產(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拓撲的電路保護措施

FlexRay協(xié)議專為線控應(yīng)用所設(shè)計，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，具有時間觸發(fā)和事件觸發(fā)行為、冗位和容錯的特點。

該結(jié)構(gòu)支持一“束”2個節(jié)點至64個節(jié)點，其功能主要依靠于兩種類型的處理器—ECU和“活動星”。 FlexRay通訊通過一個常用總線或一個星形連接在ECU之間進行。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PolySwitch設(shè)備進行過電流保護。

車載照明電路保護方案

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

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

柵極驅(qū)動輸出通常為一個恒定電流源，并且吸入輸出端來控制 FET 柵極電容充電和放電特性。與輸出串聯(lián)的一個外部電阻器限制了 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，同時還可有助于減少會增加電磁干擾（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，可以對前置 FET 驅(qū)動器和功率 FET 的組合進行配置，以防止應(yīng)用中的動態(tài)和靜態(tài)故障。

車載照明電路故障檢測和控制方案

在所有的系統(tǒng)中故障檢測都是至關(guān)重要的。能夠獨立地對 “開啟”狀態(tài)下有短路負載和過電流現(xiàn)象以及“關(guān)閉”狀態(tài)下有開路負載的每一條通道進行故障檢測，將使系統(tǒng)能夠做出正確的反應(yīng)。這種檢測同時還可以將出現(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候。

當(dāng)檢測到一個過電流狀態(tài)時，通過“關(guān)閉”器件或激活將以低占空比自動重試和 “開啟”FET 的選項設(shè)置，就可以對 FET 進行保護。這樣就允許系統(tǒng)不斷地檢查故障是否已經(jīng)被排除，并且不會破壞 FET。

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