近年来,轿车电气化是大势所趋,轿车电气化不只是引进纯电动轿车,仍是不断地用电控技能替代传统机械部件和机械继电器,或许在某些情况下引进新的功用。
轿车大规模电气化正在推进主动驾驭向更高等级开展,从中长时刻看,许多车辆或许被视为“无人驾驭出租车”。依据这一新的轿车驾驭概念,车门内的一切功用都将完成主动化,例如,智能主动开门和防磕碰检测。这些主动化体系将能检测到行人或骑车人正在接近轿车,并主动操控开门操作,以防止磕碰风险。未来车门内还将装先进的传感器,用于检测车门外的障碍物,防止车门被撞坏。
大趋势的产生离不开专用半导体芯片的铺路。这些芯片需求跟从先进的电源办理概念,驱动从LED等毫瓦级的负载到瞬间耗散功率容易到达200W的大功率直流电机。此外,轿车电子模块还需求装备高度规范化的通讯接口,例如,CAN和LIN物理层。
怎么确认一个正确的体系架构,以合理的本钱完成新功用,且不会影响质量和功用,是轿车厂商面对的一大应战。跟着软硬件开发本钱和复杂性不断进步,跟上OEM厂商的功用和功用要求变得越来越困难。此外,OEM厂商还要求布置有本钱效益的可扩展的解决方案,从低端车型扩展到高端轿车,在不同渠道和车型上分摊开发本钱。
车门区电控模块(图1)是一个我们了解的获益于可扩展驱动办法的轿车体系,这个运用概念是用一颗IC驱动车门区的多个负载(门锁电机、可调可折叠后视镜、除霜器、车窗升降电机和LED、白炽灯等照明功用)。可扩展的驱动器,封装和软件全系兼容,习惯车门电控模块的多样化要求,是车门区执行机构的典型特征。
图1:
在曩昔10余年里,车用半导体厂商开发出了若干个车门执行机构驱动器芯片,并跟着轿车电气负载数量不断添加,给这些产品添加了新功用,对封装以及芯片制作技能和IP内核进行了优化。在车门区电子元器材中,除驱动芯片(图2)外,还有一个电源办理IC,为电控单元供给更强的体系电源,包含各种待机形式和通讯层(主要是LIN和/或HS
CAN)。电源办理芯片一般集成两个低压差稳压器,为体系微操控器和外设负载(传感器等外设)供电,还包含增强型体系待机功用,以及可设置的本地和长途唤醒功用。
图2:
车门执行机构驱动器和电源办理芯片都采意图法半导体为此运用专门优化的BCD (Bipolar、CMOS和 DMOS)
半导体制作技能。车门执行机构驱动器芯片选用0.7μm BCD技能,电源办理芯片选用0.57μm BCD技能。
为习惯新的轿车技能开展趋势,轿车半导体器材有必要高效、安全地操控更多的电气负载,最大极限地下降静态电流,一起选用高集成度解决方案,削减元器材数量,减缩电路板空间,下降产品分量,然后大幅简化规划。
意法半导体专有的先进的0.16μm
BCD8S是完成商场上绝无仅有的高集成度单片解决方案(图3)的关键技能,可满意电源办理、毛病维护和车门负载驱动等运用的技能需求。这项技能还能进步能效和核算才能,将芯片的结温进步到175°C,到达轿车OEM厂商严厉规则的规范结温,破解单片集成电源办理和执行机构驱动器带来的极具应战性的热办理难题。
图3:
意法半导体立异的L99DZ100G /
GP前车门操控器芯片和L99DZ120后车门操控器芯片有助于规划人员节约空间,一起进步车门操控模块的可靠性和能效。
曾经的车门区ASSP (专用规范产品)解决方案需求2个芯片:一个12mm×12mm(TQFP64)的车门执行机构驱动器和一个10mm x
10mm(PowerSSO-36)的电源办理芯片,而意法半导体的车门区操控单片解决方案只需一个封装面积与TQFP64相同的LQFP64(图4),这关于PCB电路板小型化十分重要,可以习惯更严厉的空间要求。除了运用新的BCD技能减缩裸片尺度外,还经过新的立异封装结构减缩封装面积,在缩小车门体系IC的一起,进步输出电流峰值和功率密度。
图4:
全系产品软件彼此兼容,还有助于简化开发,缩短产品商场时刻。
意法半导体专有的BCD8S先进轿车技能在完成这种单片解决方案中发挥着关键作用。该解决方案具有多种功用,包含内置半桥和高达7.5A的高边驱动器,可满意车门区运用的新要求。该解决方案还集成高速CAN(HS-CAN)和LIN
2.2a接口(SAE J 2602)、操控模块和维护电路。 除规范特性功用外,L99DZ100GP还支撑ISO 11898-6
HS-CAN规范的选择性唤醒,让运用频率不高的ECU进入睡觉形式,一起坚持与CAN总线的衔接,最大极限地进步节能作用。
两款前门操控器都集成了MOSFET半桥,可以驱动多达五个直流电机和一个外部H桥。此外,这两款芯片还有八个LED驱动器和两个白炽灯驱动器、一个后视镜加热器栅极驱动器和一个车窗电致变色玻璃操控模块。其它特性包含外部电路(微操控器、传感器等)稳压器,以及相关的定时器、看门狗、复位产生器和维护功用。后门操控器L99DZ120也具有相似的功用,例如,电动车窗升降电机驱动器。
为车辆装备更多电子体系和功用有助于添加轿车的卖点,但更多的电子装备也进步了功率要求。因而,有必要精确剖析每个体系在各种作业条件下的功耗,尤其是纯电动轿车,糟蹋电力就等于缩短续航路程;电气部件越多,走漏电流越大,这是不可防止的。因而,一切轿车制作商都十分垂青静态电流和待机电流低的产品和/或技能。大多数ECU的最大待机电流预算为100μA,所以,客户经常说:“每个微安都很重要”。
因而,意法半导体在新车门区操控器芯片上集成一个有多种低静态电流形式的先进电源办理模块(待机/睡觉、定时监测、专用低电流形式LDO稳压器、定时器、触摸设备电源)。在VBAT待机形式下,静态电流降至10μA以下,处于7μA-8μA区间内,是双片IC(车门区驱动IC+电源办理IC)拓扑结构的二分之一。关于车门运用,在经过外部触摸设备监测或通讯接口(LIN、HS-CAN或支撑选择性唤醒的HS-CAN)物理层唤醒稳压器之前,操控器不给微操控器(MCU)供电。
意法半导体的新车门区操控器不仅在一个封装内整合了曾经的车门区执行机构驱动器芯片和电源办理芯片,还添加了一些新功用,以更好地服务新的轿车开展趋势。
为支撑主动LED占空比补偿功用,意法半导体的新车门区操控器完成了一个新的IP模块,内部补偿算法运用电源电压测量值批改LED驱动器功率级的占空比,保证LED在ECU电源电压动摇时也能坚持均匀的亮度。开发者可依据不同的负载灵敏设置占空比补偿功用,运用不同的LED以及串联LED,然后节约外部微处理器的负荷,并最大极限地削减SPI的数据流量。
热群集概念是新操控器的另一个新特性,产生短路等事情时,该特性可独自禁用短路的输出通道,其它输出通道坚持正常作业。
为了契合电动车窗安全操作的要求,新操控器还完成一个专用IP内核,在产生体系错误时,可以使车窗进入安全状况,防止车窗升降动作失控。依据安全要求,该IP内核与芯片其余部分之间有一个深沟槽隔离层,这是BCD8s技能的另一个有价值的特性。自偏置办法使该IP模块在电池没电时仍能正常作业。
L99DZ100系列产品支撑当时最先进的车门电子运用,不过,跟着轿车技能的开展,还将来还会出现新的需求,例如,驱动更多的直流大功率电机。为此,意法半导体选用模块化办法开发这些芯片,可在新装备内整合更多的IP内核,晋级扩展车门区操控体系。除车门运用外,新系列产品还将被用于其它轿车体系,以最优的方法驱动负载,例如,电动后备箱盖模块或天窗具有相似的体系要求。未来,专用ASSP也将进入这一细分商场。