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)備越來越多，如電動后視鏡、中控門鎖、玻璃升降器、車燈乃至其它更多的高級功能等。

　　電源要求及方案選擇

　　典型車身控制模塊（BCM）設(shè)計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)停泊較長時間，車內(nèi)蓄電池可能因為過度放電而使汽車無法重新啟動，故BCM設(shè)計需要考慮靜態(tài)電流。此外，汽車應用中可能會常常面對高溫環(huán)境，所以要求電源提供過溫保護。

　　適合于BCM的電源包括線性電源（或稱線性穩(wěn)壓器）和開關(guān)電源（或稱開關(guān)穩(wěn)壓器）。這兩種電源各有優(yōu)勢，究竟選擇何種電源，還要看具體應用。在車身控制模塊的供電電源方面，中國市場上所售汽車中，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體的線性穩(wěn)壓器，如NCV4275A等，見圖2。 NCV4275A是一款帶復位和延遲功能的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位，并提供多種特性，如過流保護、過溫保護、短路保護等。此外，在下圖中位置1處串聯(lián)一個二極管（MRA4005），這線性電源能有效防止高達-42V的反向電壓；在位置2處并聯(lián)一個瞬態(tài)電壓抑制器（TVS）管，可以有效阻止高達+45V的瞬態(tài)電源負載突降（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過壓測試規(guī)范。實際上，在汽車發(fā)動機啟動瞬間就可能出現(xiàn)負載突降，從而導致電池電壓升高至超過40V。這些特性讓NCV4275A非常適合汽車車身控制模塊應用。

　　實際上，NCV4275A僅是安森美半導體針對汽車應用的寬范圍線性穩(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用電路示意圖。

　　24V電源的BCM應用中，需要將24V電壓轉(zhuǎn)換至5V或3.3V，如果采用線性穩(wěn)壓器，電源芯片本身就會有很高的功率消耗，產(chǎn)生大量熱量導致溫度過高而燒壞芯片，所以我們需要采用開關(guān)穩(wěn)壓器，我們推薦采用安森美半導體系列用于汽車的開關(guān)穩(wěn)壓器，如NCV51411、NCV8842、NCV8843、 NCV33063、NCV33163、NCV3063、NCV3163、LM2576、LM2575及NCV2574等。這些開關(guān)穩(wěn)壓器具有較高的效率，避免產(chǎn)生大量的放熱，保護芯片，提升系統(tǒng)可靠性。這些汽車應用的開關(guān)穩(wěn)壓器驅(qū)動電流多數(shù)在0.5A至1.5A之間，有的達到 2.5A（NCV33163），開關(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)，提供無可比擬的瞬態(tài)響應、極佳總體穩(wěn)壓精度及最簡單的環(huán)路補償。這款器件上的“BOOST”引腳支持“充當啟動電路（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。這些器件均提供強大的保護功能。

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

　　在車身控制網(wǎng)絡應用中，需要盡可能地配合降低成本及空間要求，同時提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性和長期可靠性，故需要提升元器件的集成度。得益于近年來出現(xiàn)的混合信號工藝，如安森美半導體的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，使更高集成度的系統(tǒng)芯片得以開發(fā)和應用。

　　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)驗證的S12 MCU，因而可以簡化汽車工程設(shè)計。S12VR系列是該組合中第一套基于LL18UHV處理技術(shù)的系統(tǒng)級封裝器件，針對汽車和工業(yè)防夾車窗升降系統(tǒng)、電動天窗模塊、LIN控制的繼電器驅(qū)動、智能執(zhí)行器、基于繼電器的直流電機和其他空間受限的繼電器直流電機控制應用。

　　飛思卡爾StarterTRAK TRK-S12VR-WLFT低成本參考設(shè)計展示了S12 MagniV S12VR 16位MCU用于車窗升降和基于繼電器的電機控制的主要優(yōu)勢。該StarterTRAK采用簡潔的設(shè)計，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)動一個基于繼電器的直流電機，并通過霍爾效應編碼器實現(xiàn)了防夾和車窗卡死檢測。繼電器通過HVI喚醒引腳診斷。包含LIN通信功能，用于管理狀態(tài)和診斷報告。目標應用包括電動車窗系統(tǒng)、天窗系統(tǒng)、分區(qū)系統(tǒng)和基于繼電器的直流電機控制。

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

　　該參考平臺提供的軟件，可以通過防夾檢測作為車窗升降器繼電器直流電機的一個起點。它擁有HAL和MCU初始化、自動反轉(zhuǎn)程序、防夾檢測、速度和方向處理、自校準和該應用所需的其他基本功能。

　　編輯點評：本文簡單介紹了汽車車身控制模塊和車窗設(shè)計電路分析，基于安森美半導體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控制。
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