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汽车电子系统元器件解决方案

作者:时间:2012-06-18来源:网络收藏

随着大容量锂电池的出现,在一些案例中引发了危险的失效模式。此外,如何降低电池的重量和成本仍是一项难题:一方面,增加电动汽车的续航里程和电池的容量意味着每个元件的重量都要减轻;另一方面,由于新一代电动汽车牢牢地定位于大众市场,经济性同样扮演着极为重要的角色。而仅电池成本就可能高达数千欧元, 因此,降低汽车内其他配置成本的压力就更大了。

为了迎接这这所有的挑战,FCI连接器公司的Power.S3系列的新型连接器和充电插头产品在高功率操作、成本竞争力、耐久性、紧凑性、人体工学和人员安全方面做了最优化的设计。,FCI连接器公司与REMA(REMA是一家制造电动叉车用插头和插座的专业生产厂家)携手合作,最先推出的合作成果是单相16/32A充电插头和插座,符合SAE J1772和IEC62192-1标准:“慢充”电动汽车/混合动力汽车应用方面的国际通用标准。这些产品用于在公共充电站或在家对汽车的锂电池充电,充电时间为4~8h。

汽车领域仍然具有开拓性,对于工程师来说,要保证系统完全无故障地工作并不容易。这种针对性能的模拟和分析对于电动汽车和混合动力汽车的设计者来说是至关重要的。涉及这些新型汽车设计和制造的公司都处于快速上升的学习阶段,而对于产品在实际应用中的性能,还有许多东西有待我们学习。

车载网络系统电路保护方案

车载网络系统将扮演着越来越重要的角色。新型客车、卡车、公共汽车甚至摩托车都已成为移动的网络,将众多特征和功能连接在一起,如内置控制、移动媒体和无线网络。信息娱乐系统、远程信息处理、安全控制等的应用均需使用几种现有的网络标准,其中LIN、CAN、FlexRay就是最重要的三种标准。

LIN拓扑的电路保护措施

LIN总线拓扑通常用于连接开关、传感器和促动器至车载网络LIN总线标准要求当LIN总线路因正电压小于 26.5V或接地而出现短路时,网络应恢复正常工作。物理层上的ESD浪涌电阻根据IEC61000-4-2要求必须符合最低放电电压电平±2kV。然而,ECU连接器上可能会出现达到±8kV的电平。

下图为为协同的电路保护图,显示出一个设置在功率输入的可复位PolySwitch器件如何在电源输入端保护ECU和LIN节点连接器免受过电流情况的损伤,以及一个MLV(多层电压敏电阻器)如何为车载网络应用提供所需的高电流处理和能量吸收的过电压保护。

需要通过过电流保护对出现故障或过载现象时进行过电流限制。同时也需要通过电路保护设备限制电压尖峰或处于稳定的过电压状况。

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CAN 拓扑的电路保护措施

CAN总线收发器可允许总线供电电压高达+/-80V直流电。然而,甩负荷浪涌会产生出比ISO-7637-2标准(最大86.5V)中规定的更高瞬态,可能会损伤收发器。收发器的操作电流也因供货商的不同而有所差异。

下图显示了如何在电源输入端应用可复位PolySwitch设备和MOV(金属氧化电压敏电阻器)从而避免因车载供电系统中心的浪涌电流和电压异常而产生的损伤。

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FlexRay拓扑的电路保护措施

FlexRay协议专为线控应用所设计,如线控刹车和线控方向盘。该线控网络方式支持同步和异步数据传输,数据传输率约为10Mb/s,具有时间触发和事件触发行为、冗位和容错的特点。

该结构支持一“束”2个节点至64个节点,其功能主要依靠于两种类型的处理器—ECU和“活动星”。 FlexRay通讯通过一个常用总线或一个星形连接在ECU之间进行。FlexRay元件的总线输入必须避免在总线路和系统供电电压或地电位之间出现短路现象。

下图方案利用一个PolySwitch设备进行过电流保护。

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车载照明电路保护方案

车载照明系统要求高达55A的峰值浪涌电流。控制车载照明的理想解决方案之一,就是将一个高压侧前置FET驱动器和功率FET组合。

一个前置 FET 驱动器被用来控制系统中的四种不同负载。这种组合能够通过温度系数较好地控制阻性负载。通常,负载被连接在低压侧,而功率 FET 则在高压侧完成配置,以为负载供电。每一条通道都可以由一个来自微控制器的并行输入信号或串行编程寄存器来控制。在一个并行结构中,一个通用 I/O 或基于定时器的输出被用来控制负载电流。

栅极驱动输出通常为一个恒定电流源,并且吸入输出端来控制 FET 栅极电容充电和放电特性。与输出串联的一个外部电阻器限制了 FET 开关转换的升降次数。这种效应使转换率得到了控制,同时还可有助于减少会增加电磁干扰(增加开关损耗和功耗)的开关极限期间出现的快速电流变化。这些输出在内部被控制在 17V 的最大输出电压以下,以保护外部 FET 栅极免于源击穿损坏。与一款集成的解决方案相比较,可以对前置 FET 驱动器和功率 FET 的组合进行配置,以防止应用中的动态和静态故障。

车载照明电路故障检测和控制方案

在所有的系统中故障检测都是至关重要的。能够独立地对 “开启”状态下有短路负载和过电流现象以及“关闭”状态下有开路负载的每一条通道进行故障检测,将使系统能够做出正确的反应。这种检测同时还可以将出现故障的通道隔离开,以避免影响其它正常通道,特别是在涉及热相互作用问题的时候。

当检测到一个过电流状态时,通过“关闭”器件或激活将以低占空比自动重试和 “开启”FET 的选项设置,就可以对 FET 进行保护。这样就允许系统不断地检查故障是否已经被排除,并且不会破坏 FET。

在“关闭”状态下监控开路负载故障为系统提供了负载完整性信息。当开关完全处于“关闭”状态下时,通过监控外部功率 FET 的电源电压,就可以实现对每一条通道开路负载故障的检测。



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