轿车电子元器材商场掩盖率往后几年有望持续添加,自动/被迫安全体系、增强型人机界面(昂首显示器、触摸屏等)和车身便当功用领涨。值得一提的是,商场对更高质量轿车的需求将会拉动高端轿车销量添加。在2013~2018年间,中国轿车电子商场估计添加最快,年复合添加率有望到达3.5%。
跟着轿车电子化水平不断进步,轿车体系将会变得愈加杂乱,这将对车身电子体系构成影响,一起还给电子体系架构界说和有特别运用要求/需求的规划带来不小的应战:
●电力负载数量增多、空间和分量双双下降,将应战印刷电路板散热处理才能。
●为最大极限削减印刷电路板上的线路数量和所需的运用资源,固态电源开关需求简略的确诊功用。
●ECU之间和ECU与电力负载之间的线路数量需求优化和最小化,以抵消因整体杂乱性进步而添加的线路数量和分量 。
●电气线束截面及分量也需求优化和最小化,以抵消因整体杂乱性进步而添加的线路数量和分量。
●待机电流需求最小化 。
●可靠性需求最大化 。
车身操控模块的功率密度和运用微操控器资源的最小化
如前文所述,由于车身操控模块办理的负载数量日益添加,而车身操控模块的分量和尺度不断下降时,车身操控模块自身的功率密度将会大幅进步。因而,操控体系功用即监测负载功耗和印刷电路板/器材温度非常重要。值得注意的是,监测每个负载的功耗和温度对监测运用微操控器的核算才能提出了更高的要求。
意法半导体(ST)最新的VIPower M0-7系列高边驱动器(HSD)依照运用要求改善了确诊反应,运用一个叫做多传感器引脚的模拟输出,可监测最多4路(负载)作业电流、电池电压和设备散热器温度,微操控器资源占用很少。新高边驱动器具有如下优势:
●经过最大极限削减外部元器材和印刷电路板上操控级与履行级之间的连线数量,简化印刷电路板规划。
●在开发阶段,经过功率器材履行印刷电路板热图剖析,简化车身操控模块的功用优化进程。
●在模块制作完成后查看焊接进程 。
●当模块过热时,智能 “配电”可挑选性封闭相关负载。
●强化的断态实时确诊功用(乃至可以发现断态器材的反常过热)。
最大极限下降连线数量和线束截面
依据意法半导体预算,在机电式继电器被很多电子开关代替后,轿车电气线束的截面可缩小二分之一,车身操控模块中的稳妥运用量也大幅下降,为印刷电路板节约更多的空间,下降分量。
图1是一个典型的运用继电器操控的照明体系电路图。
图1:继电器操控的照明体系电路图。
为最大极限削减稳妥运用量,一般的做法是将负载会集装置,以便共用一个稳妥。以两个转向灯为例评论这个问题,显着,所选稳妥的额定值有必要可以接受一切负载一起作业所需的最大作业电流(在本例中:最大作业电流为 21W+21W+5W的2倍)。为确(本例中是15A)更高的短路电流。因而,布线规划有必要考虑整体负载而不是单个线路负载。显着,理论上可经过一个负载一个稳妥的办法处理这个问题,可是这个处理办法对本钱、分量和空间的要求很高,特别是考虑到前文说到的轿车便当性负载数量日益添加的趋势。
图2所示是三条电流-时刻曲线:
●截面0.5mm2的铜线可以接受的脉冲电流,该脉冲电流与脉冲时长是函数联系。
●当施加与电流脉冲振幅呈函数联系的脉冲电流时, VND7020进入热关断形式所用时刻。
●转向灯负载(两只21W灯泡及1个5W灯泡)曲线(典型)。
图2:不同状况的电流-时刻曲线图。
从图中可以看出,VND7020曲线坐落负载和线缆曲线之间,表明作业条件正常,未进入热关断形式,当呈现过载(例如短路)时,该器材可以维护线缆。
这个多通道器材的每个通道都具有维护功用,开发人员可依据负载特色挑选线缆,一起可经过电子技能维护线缆,稳妥被代替可进一步节约空间,下降分量,节约本钱。例如,假如运用高边驱动器,负载衔接可如图3进行修正。
优化体系本钱
曩昔几年,车身操控模块的杂乱性和商场等待的体系功用局限于数量有限的负载驱动和较弱的确诊功用,因而,下降体系本钱的压力首要会集在这些为数不多的负载所需的驱动芯片。如前文所述,这种局势正在快速改动。车身电脑驱动的负载数量的添加以及车企对进步确诊和安全性的迫切要求导致轿车体系变得愈加杂乱,将下降本钱的关注点从单纯的半导体转向轿车的整体系本钱。
在尺度确认的印刷电路板上,进步模块杂乱性对电子元器材的集成度有更高的要求。这一趋势在智能电源开关上最为显着,设备有必要集成更多的智能功用(例如维护和确诊),一起紧缩芯片和封装的尺度,最大极限下降印刷电路板尺度、分量和本钱。意法半导体的高边驱动器推进这一商场趋势, 从历史上看,每一代VIPower-M0技能都将芯片尺度缩小40%~ 50%,这为运用更小的封装供给了或许,例如,PowerSSO-16。这个新封装的面积为20 mm2,可以包容多颗M0-7 HSD开关,单通道开关导通电阻最低10mΩ,四通道开关导通电阻最低50m欧。
尽管芯片尺度变小,可是散热功用并没有因而而受到影响,意法半导体的芯片制作技能和封装技能使PSSO-16封装具有超卓的热功用体现(在4层印刷电路板上,热阻RTH为21℃/W)。
从下降总具有本钱视点看,车企要求车身电子体系有必要支撑模块化(例如,群众的MQB渠道)。经过让车企在不同轿车商场和车型上重复运用同一印刷电路板,模块化处理方案可下降规划、测验、制作等环节的本钱,进步产质量量,缩短研制周期。
为满意这个要求,意法半导体VIPower M0高边驱动器同代产品引脚对引脚兼容,软件彼此兼容,在M0-5产品上呈现的扩展性在M0-7上改善晋级,大约70%的在售产品共用同一封装(PPSO-16),掩盖不同的导通电阻值和通道数量(PSSO16有单通道或双通道产品)。这些特性可进步模块再用性,只需在生产进程中焊接不同的驱动器,即可经过同一个印刷电路板规划驱动不同的电气负载。