智能車燈控制系統(tǒng)中功率芯片的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)

智能車燈控制系統(tǒng)概述

本文介紹了在智能車燈控制系統(tǒng)中功率芯片的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，與傳統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)合實(shí)例具體分析了其實(shí)現(xiàn)的智能診斷技術(shù)在實(shí)際產(chǎn)品應(yīng)用中的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和發(fā)展前景。

現(xiàn)今MCU和電力電子技術(shù)在智能車燈控制系統(tǒng)中發(fā)展的趨勢(shì)是用智能功率IC替代傳統(tǒng)的繼電器和保險(xiǎn)絲，有效實(shí)現(xiàn)對(duì)車燈的過熱、過壓、短路等故障的保護(hù)和診斷；MCU用PWM調(diào)制來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)車燈兩端的電壓進(jìn)行控制，以達(dá)到限制車燈電流，延長(zhǎng)使用壽命的目的，而且能輕松實(shí)現(xiàn)車燈故障時(shí)的自動(dòng)替換并極大地降低待機(jī)功耗。

我們采用Infineon高端開關(guān)應(yīng)用于智能車燈控制系統(tǒng)中。以下詳細(xì)介紹其在實(shí)際產(chǎn)品中的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。

Infineon芯片新功能

智能車燈控制系統(tǒng)由轎車中12V低壓大電流系統(tǒng)供電，通過MCU控制Infineon智能功率開關(guān)實(shí)現(xiàn)上述所有功能。在這套為以ROVER平臺(tái)開發(fā)的燈控系統(tǒng)中使用了Infineon新一代的芯片：BTS6142D和BTS5434G等。

其中分步電流限制是一種非常有實(shí)用意義的新功能。在過負(fù)載和短路情況下，芯片會(huì)根據(jù)管壓降的增大而自動(dòng)降低流限造車網(wǎng)版權(quán)所有，使得在出現(xiàn)頻繁過負(fù)載或短路而MCU未能動(dòng)作時(shí)，能很好地保護(hù)芯片以免受損，極大地提高了在惡劣條件下芯片的使用壽命（如圖1所示）。

圖1 分步流限控制和MOS管導(dǎo)通壓降的關(guān)系

此外，Infineon新一代芯片具有極低的待機(jī)功耗，BTS5434G的待機(jī)功耗只有5μA。這樣，整個(gè)燈控系統(tǒng)的整體功耗相當(dāng)?shù)汀?/p>

實(shí)際產(chǎn)品中的應(yīng)用設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)

在實(shí)際產(chǎn)品中的設(shè)計(jì)中，BTS6142D電流傳感信號(hào)的建立延遲時(shí)間為650μs，輸出反饋因此可以躲過遠(yuǎn)光燈等啟動(dòng)時(shí)的大沖擊電流，但是在冷監(jiān)控狀態(tài)下，只有1ms的檢測(cè)周期，因此對(duì)MCU的AD檢測(cè)環(huán)節(jié)要做適當(dāng)延時(shí)并保證速度。此外，BTS6142D輸入控制需要采用圖2所示電路才可以被MCU的I/O輸出信號(hào)控制。

圖2 BTS6142D的控制線路圖

遠(yuǎn)光燈啟動(dòng)時(shí)的沖擊電流如圖3所示。

圖3 遠(yuǎn)光燈啟動(dòng)時(shí)的沖擊電流圖

在設(shè)計(jì)中，改變反饋信號(hào)輸出檢測(cè)電阻值（R42）可以調(diào)節(jié)MCU輸入AD采樣信號(hào)的高低，以控制在全電流范圍內(nèi)的采樣精度。

但在實(shí)際情況下，實(shí)際負(fù)載電流與檢測(cè)電流的關(guān)系是不一樣的，其實(shí)際檢測(cè)如下面的公式所示：

根據(jù)不同芯片取值不同。在實(shí)際應(yīng)用中，建議在進(jìn)入I/O前接入保護(hù)串聯(lián)電阻：

這樣可以提高采樣精度。如圖４中R30塑料工業(yè)網(wǎng)，R32所示。

圖4 BTS5434G的控制線路圖

BTS5434G可以利用其電流傳感使能（Sense Enable）功能，將多個(gè)BTS5434G的電流傳感輸出信號(hào)采用“線與”的方式，最終由MCU的兩個(gè)AD口進(jìn)行處理，可以有效地節(jié)約MCU資源并省去多路檢測(cè)電阻。如圖４所示，在實(shí)際應(yīng)用中，還使用了一路開關(guān)在待機(jī)狀態(tài)下將所有的用于自動(dòng)檢測(cè)負(fù)載開路的上拉電阻斷開，更進(jìn)一步降低了待機(jī)功耗。

在設(shè)計(jì)中，通過MCU啟動(dòng)電流傳感使能的功能，依次開通芯片各個(gè)通道的反饋信號(hào)，分別采樣檢測(cè)，可以實(shí)現(xiàn)分時(shí)輪流診斷，能節(jié)約許多I/O資源，降低MCU成本。

智能診斷技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和發(fā)展前景

采用了Infineon新一代芯片后，可以實(shí)現(xiàn)智能診斷技術(shù)。通過MCU處理AD采樣信號(hào)，可以準(zhǔn)確得出各個(gè)燈控負(fù)載的電流值及開路狀態(tài)。在熱監(jiān)控狀態(tài)下，MCU可以方便地啟動(dòng)開關(guān)，點(diǎn)亮指定燈以代替故障燈的功能。通過調(diào)節(jié)I/O輸出信號(hào)的頻率能方便地控制指定燈的亮度漢陽(yáng)科技，在供電電壓波動(dòng)時(shí)，可以延長(zhǎng)燈泡的壽命，而且較低的待機(jī)功耗即將成為現(xiàn)在汽車行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)要求。采用傳統(tǒng)技術(shù)如繼電器和早期芯片均很難得到連續(xù)準(zhǔn)確的電流數(shù)字量反饋信號(hào)，外圍電路也極易受干擾并且增加待機(jī)功耗。此外，傳統(tǒng)技術(shù)通過CAN總線傳送給儀表及行車電腦的有關(guān)燈控信息要比智能診斷技術(shù)少得多。

隨著汽車市場(chǎng)的日漸成熟，完善的智能車燈控制系統(tǒng)已不再是高級(jí)轎車的專利，開始變成中級(jí)轎車的標(biāo)配，成為能夠體現(xiàn)轎車技術(shù)含量和配置檔次的重要模塊。