車身控制模塊與車窗升降電路分析—電路圖天天讀（288）

　　隨著人們對(duì)汽車的操控性及舒適性需求不斷升高，汽車車身中的電子設(shè)備越來(lái)越多，如電動(dòng)后視鏡、中控門鎖、玻璃升降器、車燈乃至其它更多的高級(jí)功能等。

　　電源要求及方案選擇

　　典型車身控制模塊（BCM）設(shè)計(jì)重要的一步是確定電源要求，以及選擇合適的電源方案。一般而言，BCM要求的輸入電壓在-0.5V至32V之間，輸出電壓為5V或3.3V。值得一提的是，汽車內(nèi)的用電設(shè)備越來(lái)越多，如果電池直接供電的設(shè)備靜態(tài)電流不夠低，而汽車連續(xù)停泊較長(zhǎng)時(shí)間，車內(nèi)蓄電池可能因?yàn)檫^(guò)度放電而使汽車無(wú)法重新啟動(dòng)，故BCM設(shè)計(jì)需要考慮靜態(tài)電流。此外，汽車應(yīng)用中可能會(huì)常常面對(duì)高溫環(huán)境，所以要求電源提供過(guò)溫保護(hù)。

　　適合于BCM的電源包括線性電源（或稱線性穩(wěn)壓器）和開(kāi)關(guān)電源（或稱開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器）。這兩種電源各有優(yōu)勢(shì)，究竟選擇何種電源，還要看具體應(yīng)用。在車身控制模塊的供電電源方面，中國(guó)市場(chǎng)上所售汽車中，轎車一般采用12V電源，而卡車和客車一般采用24V電源。在12V電源BCM中，推薦采用安森美半導(dǎo)體的線性穩(wěn)壓器，如NCV4275A等，見(jiàn)圖2。 NCV4275A是一款帶復(fù)位和延遲功能的5V、3.3V/450mA低壓降（LDO）線性穩(wěn)壓器，這款器件支持可編程微控制器復(fù)位，并提供多種特性，如過(guò)流保護(hù)、過(guò)溫保護(hù)、短路保護(hù)等。此外，在下圖中位置1處串聯(lián)一個(gè)二極管（MRA4005），這線性電源能有效防止高達(dá)-42V的反向電壓；在位置2處并聯(lián)一個(gè)瞬態(tài)電壓抑制器（TVS）管，可以有效阻止高達(dá)+45V的瞬態(tài)電源負(fù)載突降（loaddump）高壓脈沖及不穩(wěn)定的電源雜波，符合12V汽車電源系統(tǒng)的ISO16750-2-20034.6過(guò)壓測(cè)試規(guī)范。實(shí)際上，在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)瞬間就可能出現(xiàn)負(fù)載突降，從而導(dǎo)致電池電壓升高至超過(guò)40V。這些特性讓NCV4275A非常適合汽車車身控制模塊應(yīng)用。

　　實(shí)際上，NCV4275A僅是安森美半導(dǎo)體針對(duì)汽車應(yīng)用的寬范圍線性穩(wěn)壓器中的一款，其它線性穩(wěn)壓器有如NCV8664/5、NCV4949、NCV8503/4/5/6、NCV4274A等。超低靜態(tài)功耗的產(chǎn)品，靜態(tài)電流低至30μA以下，驅(qū)動(dòng)電流范圍在100mA至450mA之間。

　　圖1：車身控制模塊中線性電源典型應(yīng)用電路示意圖。

　　24V電源的BCM應(yīng)用中，需要將24V電壓轉(zhuǎn)換至5V或3.3V，如果采用線性穩(wěn)壓器，電源芯片本身就會(huì)有很高的功率消耗，產(chǎn)生大量熱量導(dǎo)致溫度過(guò)高而燒壞芯片，所以我們需要采用開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器，我們推薦采用安森美半導(dǎo)體系列用于汽車的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器，如NCV51411、NCV8842、NCV8843、 NCV33063、NCV33163、NCV3063、NCV3163、LM2576、LM2575及NCV2574等。這些開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器具有較高的效率，避免產(chǎn)生大量的放熱，保護(hù)芯片，提升系統(tǒng)可靠性。這些汽車應(yīng)用的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器驅(qū)動(dòng)電流多數(shù)在0.5A至1.5A之間，有的達(dá)到 2.5A（NCV33163），開(kāi)關(guān)頻率在50kHz至300kHz之間。以NCV51441為例，這款器件使用V2控制架構(gòu)，提供無(wú)可比擬的瞬態(tài)響應(yīng)、極佳總體穩(wěn)壓精度及最簡(jiǎn)單的環(huán)路補(bǔ)償。這款器件上的“BOOST”引腳支持“充當(dāng)啟動(dòng)電路（Bootstrapped）”工作，將能效提升至最高；集成的同步電路支持并行電源工作或?qū)⒃肼暯抵磷畹汀?/p>

　　圖2a）及b）分別顯示了基于安森美半導(dǎo)體CAN收發(fā)器AMIS-42665及LIN收發(fā)器NCV7321的典型電路。值得一提的是，AMIS- 42665提供小于的10 μA的極低靜態(tài)電流。支持總線喚醒，共模電壓范圍-35 V至+35 V，可以承受額定+/-8 kV的靜電放電（ESD）脈沖。NCV7321則支持-45 V至+45 V的電壓范圍，承受額定5 kV的ESD脈沖。這些器件均提供強(qiáng)大的保護(hù)功能。

　　圖2：基于安森美半導(dǎo)體收發(fā)器的典型CAN電路（圖a）及LIN電路（圖b）。

　　在車身控制網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，需要盡可能地配合降低成本及空間要求，同時(shí)提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性和長(zhǎng)期可靠性，故需要提升元器件的集成度。得益于近年來(lái)出現(xiàn)的混合信號(hào)工藝，如安森美半導(dǎo)體的Smart Power高壓BCD工藝，高壓模擬電路如今能夠與低壓電路集成起來(lái)，使更高集成度的系統(tǒng)芯片得以開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。

　　S12VR車窗升降解決方案，提升安全與品質(zhì)

　　飛思卡爾S12 MagniV S12VR混合信號(hào)微控制器（MCU）產(chǎn)品組合提供智能的、優(yōu)化的集成型高精度模擬組件以及經(jīng)驗(yàn)證的S12 MCU，因而可以簡(jiǎn)化汽車工程設(shè)計(jì)。S12VR系列是該組合中第一套基于LL18UHV處理技術(shù)的系統(tǒng)級(jí)封裝器件，針對(duì)汽車和工業(yè)防夾車窗升降系統(tǒng)、電動(dòng)天窗模塊、LIN控制的繼電器驅(qū)動(dòng)、智能執(zhí)行器、基于繼電器的直流電機(jī)和其他空間受限的繼電器直流電機(jī)控制應(yīng)用。

　　飛思卡爾StarterTRAK TRK-S12VR-WLFT低成本參考設(shè)計(jì)展示了S12 MagniV S12VR 16位MCU用于車窗升降和基于繼電器的電機(jī)控制的主要優(yōu)勢(shì)。該StarterTRAK采用簡(jiǎn)潔的設(shè)計(jì)，具有較少的外部組件，能承受較高電壓，并且占用空間較小。該解決方案可驅(qū)動(dòng)一個(gè)基于繼電器的直流電機(jī)，并通過(guò)霍爾效應(yīng)編碼器實(shí)現(xiàn)了防夾和車窗卡死檢測(cè)。繼電器通過(guò)HVI喚醒引腳診斷。包含LIN通信功能，用于管理狀態(tài)和診斷報(bào)告。目標(biāo)應(yīng)用包括電動(dòng)車窗系統(tǒng)、天窗系統(tǒng)、分區(qū)系統(tǒng)和基于繼電器的直流電機(jī)控制。

　　圖3 S12 MagniV車窗升降和基于繼電器的直流電機(jī)控制參考設(shè)計(jì)電路圖

　　該參考平臺(tái)提供的軟件，可以通過(guò)防夾檢測(cè)作為車窗升降器繼電器直流電機(jī)的一個(gè)起點(diǎn)。它擁有HAL和MCU初始化、自動(dòng)反轉(zhuǎn)程序、防夾檢測(cè)、速度和方向處理、自校準(zhǔn)和該應(yīng)用所需的其他基本功能。

　　編輯點(diǎn)評(píng)：本文簡(jiǎn)單介紹了汽車車身控制模塊和車窗設(shè)計(jì)電路分析，基于安森美半導(dǎo)體CAN收發(fā)器AMIS-42665及LIN收發(fā)器NCV7321的典型電路，飛思卡爾S12 MagniV S12VR 16位MCU用于車窗升降和基于繼電器的電機(jī)控制。
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