TI: 設(shè)計更智能的天窗

得益于未來車輛的新技術(shù)，天窗和汽車車窗貼膜現(xiàn)已成為汽車的可編程功能。在開關(guān)的轉(zhuǎn)動處，您現(xiàn)在可阻擋通過汽車天窗的光線或在夜間駕駛時欣賞飄渺的星空。

一家名為Research Frontiers的制造商使用SPD-SmartGlass技術(shù)創(chuàng)造了電子玻璃貼膜。該技術(shù)通過在玻璃、塑料、丙烯酸或化學(xué)強(qiáng)化玻璃膜中調(diào)準(zhǔn)納米顆粒。這種玻璃可阻擋熱量、陽光、紫外線和噪音。SPD-SmartGlass通過改變施加在玻璃上的電壓幅度，可即時、精確地控制進(jìn)入車輛的光線水平。

為驅(qū)動這種動態(tài)玻璃，需要高壓AC信號快速定向阻光納米顆粒。

智能天窗設(shè)計為車內(nèi)乘客提供了大量優(yōu)勢。在貼膜狀態(tài)下，它可減少熱量傳遞并防止眩光，在貼膜和透明狀態(tài)下，它可減少紫外線和紅外線?？刂瀑N膜著色水平允許用戶針對身邊的環(huán)境調(diào)整這些條件。

產(chǎn)生必要的高壓AC信號以控制汽車中的貼膜著色水平具有挑戰(zhàn)性，因?yàn)槠嚊]有易獲得的AC電壓源。相反，需要使用將汽車電池的DC電壓轉(zhuǎn)換為AC電壓的功率逆變器電路來產(chǎn)生AC電壓信號。

德州儀器的汽車SPD-SmartGlass驅(qū)動器參考設(shè)計 展示了一種將DC轉(zhuǎn)換為AC電源的方法。該設(shè)計中的兩個核心組件是：

· 升壓轉(zhuǎn)換器，用于將低壓汽車電池DC轉(zhuǎn)換為高壓DC。

· 全橋驅(qū)動器，用于將DC信號轉(zhuǎn)換為AC信號。

自此，方波、正弦波或其他周期波形可為玻璃提供功率。

車身控制模塊(BCM)

智能玻璃

電池反接保護(hù)

CAN/LIN ESD

CAN/LIN收發(fā)器

DC/DC轉(zhuǎn)換器

半橋驅(qū)動器

半橋驅(qū)動器

DC/DC轉(zhuǎn)換器

電源

通信接口

MCU

高壓升壓

柵極驅(qū)動器

輔助電源

VBAT

圖1所示為參考設(shè)計的框圖，而圖2所示為如何在這些中間步驟中控制電壓以產(chǎn)生正弦波。

汽車電池

升壓級

半橋級

LC濾波器級

正弦波

具有可變占空比的PWM

控制智能天窗著色水平

玻璃貼膜著色水平與驅(qū)動波形的幅度直接相關(guān)。如圖3所示，以正弦速率不斷改變占空比會產(chǎn)生正弦波。濾波后，這會產(chǎn)生純正弦波輸出?？蛇M(jìn)一步調(diào)整脈沖寬度調(diào)制(PWM)占空比，以控制該正弦波的幅度。

另一個幅度控制選項是調(diào)整提供給全橋的電壓。驅(qū)動橋本身的正弦波PWM永遠(yuǎn)無需調(diào)整，且縮放提供電橋的電壓將導(dǎo)致正弦振幅的必要變化。這是參考設(shè)計中使用的方法。

為了驅(qū)動FET并最終驅(qū)動SmartGlass，兩個半橋柵極驅(qū)動器 (UCC27712-Q1) 為全橋配置。由于其互鎖和死區(qū)時間功能，UCC27712-Q1用于此應(yīng)用，以確保高側(cè)和低側(cè)FET不會同時導(dǎo)通。

控制高壓DC/DC壓的反饋管腳管理全橋的電源。通過使用連接到LM5155-Q1升壓轉(zhuǎn)換器的FB管腳的入電阻，直流電壓(由圖3中的節(jié)點(diǎn)VDAC表示)可控制LM5155-Q1輸出電壓，從而增加或降低升壓電壓。

圖 3：用于電壓輸出操作的入電阻

VDAC電壓通過使用電阻-電容(RC)濾波器和緩沖器對來自微控制器的PWM信號進(jìn)行濾波而產(chǎn)生，從而創(chuàng)建PWM數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)。圖4說明了不同的PWM占空比和RC緩沖電路如何產(chǎn)生不同的DC電壓電平，以用于熔絲盒入電路。

輸入PWM

低通濾波器

輸出電壓

圖4：PWM DAC信號鏈

產(chǎn)生高壓直流信號

參考設(shè)計的另一個獨(dú)特功能是連接到升壓轉(zhuǎn)換器的電荷泵電壓三倍器，如圖5所示。電荷泵使升壓轉(zhuǎn)換器的電壓輸出增加三倍，以便能夠生成200V電源，而無需大型且昂貴的變壓器基電源電路。

Vlockout= 6.89

這將占HV(21V-47V)的三分之一

高壓

HV最大值：200V @ 100mA

可在Vcc至200V范圍內(nèi)調(diào)節(jié)

圖 5：電荷泵電壓三倍器

這種產(chǎn)生200V電壓的方法的一個優(yōu)點(diǎn)是圖5中的開關(guān)金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)Q2只需對底部輸出電容C16上的電壓進(jìn)行額定。這使您可在設(shè)計中使用成本更低、額定電壓更低的組件，而非大于200 V的元件。

隨著MOSFET的功率和電壓額定值增加，柵極和漏極電容也會增加。當(dāng)試圖以2 MHz的頻率控制MOSFET時，這些電容會導(dǎo)致壓擺率和上升時間問題，因此較低的電壓要求可更容易找到具有適當(dāng)輸入和輸出電容的MOSFET。

電荷泵還減少了開關(guān)節(jié)點(diǎn)上的應(yīng)力。為從約10 V升至約200 V，開關(guān)節(jié)點(diǎn)需要極高的占空比，從而留下極小的關(guān)斷時間，并給升壓轉(zhuǎn)換器帶來很大應(yīng)力。由于電荷泵將轉(zhuǎn)換器的電壓降低三分之一(以三倍于輸出電流為代價)，因此占空比和關(guān)斷時間要求顯著降低。

結(jié)論

智能天窗可提高駕駛室的舒適度，提供更佳、更舒適的駕駛體驗(yàn)。我們的電子產(chǎn)品創(chuàng)新可助您加快將此項新技術(shù)作為未來智能駕駛的重要組成部分的過程。