電動(dòng)汽車智能充電擋板助力電動(dòng)駕駛和便捷充電

弗勞恩霍夫系統(tǒng)與創(chuàng)新研究所 (The Fraunhofer Institute for Systems and Innovation Research) 研究確定，電動(dòng)汽車平均每月充電21次；相比之下Statista數(shù)據(jù)顯示內(nèi)燃機(jī)汽車每月只需加油2到4次。因此，電動(dòng)汽車的充電裝置是實(shí)現(xiàn)便捷操作的核心組件。

人們通常認(rèn)為電動(dòng)汽車的組件會采用最先進(jìn)技術(shù)，充電擋板也不例外。畢竟，汽車充電是日常必需的頻繁操作。充電操作不僅要求安全，還要盡可能方便。

充電擋板在這方面起著決定性作用，它原本就是充電過程中的組件。同時(shí)也有必要保護(hù)充電端口免受環(huán)境和其他外部影響，以延長使用壽命。除了在傳統(tǒng)汽車中占據(jù)主導(dǎo)地位的手動(dòng)擋板外，電動(dòng)充電擋板也越來越多，尤其是在電動(dòng)汽車中。因此，在視覺和功能細(xì)節(jié)上對其進(jìn)行升級是很有意義的。

照明改善黑暗中的充電操作

在充電端口上配備光源，用戶在黃昏或黑暗中插入充電插頭變得更加容易。建議使用高能效LED，因?yàn)樗鼈兲峁┝烁蟮脑O(shè)計(jì)自由度。例如，LED顯示屏的顏色和形狀還可用于顯示充電過程和電池充電狀態(tài)的信息。如要實(shí)現(xiàn)這些功能，需要專用的IC驅(qū)動(dòng)器來控制LED的顏色和亮度。

Elmos的E521.39就是用于RGB和RGBWLED的驅(qū)動(dòng)器(圖1)。這款單芯片解決方案結(jié)合了帶閃存的集成微控制器、LIN收發(fā)器和四個(gè)集成電源，還支持LIN自動(dòng)尋址。四個(gè)驅(qū)動(dòng)器中的每一個(gè)都能驅(qū)動(dòng)電流高達(dá)60 mA的外部負(fù)載，這意味著E521.39是目前市場上每通道輸出電流最高的產(chǎn)品之一。每個(gè)通道都有一個(gè)分辨率為16位的脈寬調(diào)制(PWM)發(fā)生器，可以通過LIN接口單獨(dú)設(shè)置每個(gè)輸出的PWM占空比，而溫度和電壓補(bǔ)償則確保RGB LED保持設(shè)定的顏色。通過這種方式，E521.39可以在任何天氣條件下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的輸出顏色，也可根據(jù)車輛的充電狀態(tài)改變顏色。

圖1：Elmos半導(dǎo)體的E521.39 RGBW LED 驅(qū)動(dòng)器具有集成微控制器和LIN 收發(fā)器、四個(gè) PWM 發(fā)生器、四個(gè)電流源以及診斷功能。

在睡眠模式下，這款驅(qū)動(dòng)器在整個(gè)溫度范圍內(nèi)的耗電量通常為15-30 μA；對于汽車用途，可以保持AEC-Q100認(rèn)證需要的-40°C 至+125°C溫度范圍。

非接觸式控制

對于不想手忙腳亂或者弄臟手的終端客戶來說，非接觸式開關(guān)充電擋板是另一個(gè)真正的獨(dú)特賣點(diǎn)。

Elmos 半導(dǎo)體公司的 E909.21 控制器甚至能夠?qū)崿F(xiàn)手勢識別。它基于 Elmos自身成熟的Halios 技術(shù)，通過比較被檢測物體反射的紅外光束和參考光束，實(shí)現(xiàn)了可靠的物體檢測。E909.21具有高靈敏度特性，對于高達(dá)200,000lux的環(huán)境光具有無與倫比的抗干擾能力，并且能夠應(yīng)付環(huán)境光的快速變化。此外，這款控制器在車輛的整個(gè)使用壽命期間都無需校準(zhǔn)。Halios頻率可擴(kuò)展至1 MHz，不會干擾其他光學(xué)系統(tǒng)(圖2)。

圖2：Elmos半導(dǎo)體公司的 E909.21 控制器采用Halios 技術(shù)，具有高靈敏度，不受環(huán)境光和亮度快速變化的影響。

E909.21可連接兩個(gè)接收器驅(qū)動(dòng)器和四個(gè)LED 驅(qū)動(dòng)器，每個(gè)驅(qū)動(dòng)器的功率為 100 mA，也能夠并聯(lián)以應(yīng)對更大的電流。集成的16位微控制器具有閃存、SRAM、高速 I2C 和SPI，可通過兩線或四線JTAG進(jìn)行編程。

除了提供包括E909.21在內(nèi)的E909 產(chǎn)品系列，Elmos半導(dǎo)體公司還為其他人機(jī)界面(HMI)概念提供了可擴(kuò)展的產(chǎn)品。例如，E909.23針對車載觸摸顯示屏的手勢控制應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化。它同樣基于Halios技術(shù)，具有高靈敏度、自動(dòng)校準(zhǔn)、抵抗環(huán)境光和亮度快速變化干擾等優(yōu)點(diǎn)。

帶有執(zhí)行器的充電擋板

當(dāng)然，充電擋板的非接觸式控制還需要一個(gè)執(zhí)行器。通常情況下，執(zhí)行器由電機(jī)、齒輪和相應(yīng)的IC驅(qū)動(dòng)器組成。IC驅(qū)動(dòng)器的任務(wù)是靈活控制電機(jī)，使得擋板平穩(wěn)地打開和關(guān)閉。為了始終能夠確定電機(jī)的最佳控制，還必須監(jiān)測擋板的位置。

為此，Elmos半導(dǎo)體公司還推出了一款成本優(yōu)化芯片，即完全集成的系統(tǒng)級芯片(SoC)控制器E523.63(圖3)。它可實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電流高達(dá) 1 A 的高精度電機(jī)控制。這款控制器設(shè)計(jì)用于驅(qū)動(dòng)三相無刷電機(jī) (BLDC)、兩相步進(jìn)電機(jī)，或者最多兩個(gè)傳統(tǒng)直流電機(jī)。為此，該產(chǎn)品將一個(gè)32 位Arm Cortex-M23微控制器和一個(gè)模擬電機(jī)驅(qū)動(dòng)器集成在小型TSSOP16-EP封裝中。它的集成測量系統(tǒng)可為無傳感器閉環(huán)控制換向提供所有輸入信號，并提供大量監(jiān)控和診斷功能。

圖3：E523.63是適用于中低功率執(zhí)行器和風(fēng)扇應(yīng)用的一體化芯片。

對于驅(qū)動(dòng)電流超過1A的高功率應(yīng)用，Elmos提供E533.06產(chǎn)品，這款SoC控制器基于32 位Arm Cortex-M4微控制器，在QFN48封裝中集成了一個(gè)96 kB程序存儲器、最先進(jìn)的協(xié)處理器和模擬柵極驅(qū)動(dòng)器。所集成的PWM和ADC加速器提高了無傳感器單并聯(lián)電機(jī)控制的性能，能夠?qū)崿F(xiàn)先進(jìn)的控制算法，例如低CPU負(fù)載的磁場導(dǎo)向控制(FOC)。E523.63和E533.06都通過了AEC-Q100認(rèn)證，并符合ISO26262標(biāo)準(zhǔn)(ASILB)。它們具有寬工作溫度范圍，從-40°C到+150°C。由于采用了微控制器，所有功能IC都能夠靈活地適應(yīng)新的系統(tǒng)和創(chuàng)新，從而滿足未來的要求。