Introdução
Nos carros de hoje, os sistemas de aquecimento de assentos, ar condicionado, navegação, infotainment, segurança de condução e similares são projetados para melhorar o conforto e a experiência de condução. Nesses sistemas, é fácil entender os sistemas eletrônicos que alimentam várias funções no carro Os Benefícios Agora, é difícil imaginar há apenas 100 anos quando não havia um componente eletrônico em um veículo a gasolina. Na virada do século, o carro começou a ter uma manivela e os faróis estavam iluminados com gás acetileno, Você também pode usar os toques para enviar uma mensagem aos pedestres. Hoje, os carros estão na junção de sistemas eletrônicos, minimizando o uso de sistemas mecânicos e tornando-se a maior e mais cara "ferramenta digital" na vida das pessoas. Disponibilidade e razões ambientais, bem como o aumento da demanda por combustão interna, híbrido e segurança de condução totalmente elétrica, o mercado reduziu gradualmente sua dependência da gasolina, que é a força motriz por trás da mudança "digital".
À medida que mais e mais sistemas mecânicos são substituídos por sistemas eletrônicos, o consumo de energia e o monitoramento do consumo de energia estão se tornando cada vez mais importantes. Monitorar com precisão o consumo de energia de um veículo elétrico tornará o driver mais realista. Os carros elétricos são susceptíveis de se preocupar com a distância de condução porque as baterias do carro podem ficar sem combustível antes de chegar ao seu destino. Os proprietários de carros híbridos e elétricos têm a vantagem de confiar em um motor a gasolina para dirigir a casa, O carro só pode ser carregado na estação de carregamento, a estação de carregamento por agora é escassa, e pode demorar algumas horas para a carga da bateria, por isso é importante monitorar o consumo de energia de cada subsistema eletrônico de forma contínua e precisa. Com base nas informações de monitoramento, Você também pode avisar os motoristas que estão na estrada para conservar a energia da bateria para prolongar a distância da viagem. Desligar os módulos ociosos do barramento de energia reduz ainda o consumo de energia. As correntes de monitoramento do subsistema e a energia também podem revelar quaisquer anomalias no desempenho a longo prazo do veículo Tendência, preveja falha na prevenção de falhas, marque a solicitação de serviço que precisa ser enviada para reparo de carros, sistema de diagnóstico A fim de beneficiar do monitoramento de energia e energia, o acesso através de dados sem fio e gravação de falha, você pode rapidamente depurar e reduzir os custos de reparação e tempo de inatividade.
Várias maneiras de monitorar e controlar o consumo de energia
Para monitorar o consumo de energia de um sistema eletrônico, é necessário medir a corrente e a tensão de forma contínua. A tensão pode ser medida diretamente com um conversor analógico-digital (ADC). Se a faixa de entrada ADC for menor que a tensão monitorada, um divisor de resistência pode ser necessário ) Para medir a corrente, é necessário colocar um resistor de sensação no percurso de potência para medir sua queda de tensão, conforme mostrado na Figura 1. O amplificador de transcondutividade converte a tensão de sentido do lado alto em uma saída de corrente que flui através da resistência de ajuste de ganho Para produzir uma relação de terra e corrente de carga proporcionais e adequadas para alimentar a tensão do ADC para minimizar o consumo de energia, limite de tensão de detecção em escala completa de dezenas de milivolts. Portanto, o deslocamento de entrada do amplificador deve ser inferior a 100μV. Para calcular a potência, um microcontrolador ou processador que acessa os dados do ADC através da interface digital do ADC deve ser usado para multiplicar as leituras de tensão e corrente. Para monitorar o consumo de energia, é necessário acumular (adicionar) leituras de energia ao longo do tempo .
Para alternar a fonte de alimentação, os relés eletromecânicos são geralmente utilizados em circuitos automotivos. Para economizar espaço, os switches de estado sólido, como os MOSFETs de canal N e de canal P, substituem os relés para produzir todos os componentes na mesma placa de circuito. O projeto de PCB do conjunto de processo de solda-fluxo O MOSFET de canal P se liga puxando o seu portão baixo e é desligado conectando o portão à tensão de entrada. Em comparação com os MOSFETs de canal N, o MOSFET de canal P conduz Com a mesma resistência, o custo é maior e a escolha é estreita, limitada a níveis de corrente mais altos (acima de 10 A). MOSFET N-Channel são a melhor opção para correntes altas, mas são necessárias bombas de carga para aumentar a tensão da porta Por exemplo, uma entrada de 12V requer uma tensão de porta de 22V, o que significa que o portão MOSFET é 10V acima da entrada. A Figura 2 mostra a implementação de um circuito de interruptor de energia.
Os barramentos de energia comuns também precisam de proteção contra curto-circuitos e falhas de sobrecarga que podem ocorrer em qualquer placa ou módulo. Para alcançar a função do disjuntor, você pode comparar a saída do amplificador na Figura 1 com um limite de sobrecorrente para quebrar Conduza o driver do portão na Figura 2. Esta solução substitui os fusíveis porque os fusíveis reagem lentamente e têm tolerâncias muito largas e precisam ser substituídos após a fusão. Para economizar espaço na placa, é desejável alternar entre proteger e monitorar o barramento de energia automotivo O fluxo de energia, o uso de soluções integradas.
Soluções integradas de controle de potência e telemetria
O LTC4282 é um controlador e disjuntor de encaixe a quente que fornece telemetria de energia e EEPROM (Figura 3) para atender às necessidades de aplicações de alta corrente com características inovadoras de caminho dual-corrente que controlam o N externo O MOSFET da trincheira, que suavemente alimenta o capacitor em massa, evita a interferência de energia de entrada e os níveis de danos atuais, garantindo que a fonte de alimentação pode ser ligada e desligada com segurança na faixa de 2,9 V a 33 V. O LTC4282 está localizado no caminho do circuito Entrada de energia da placa com precisão de 0,8% de ADCs de 12 bits ou 16 bits. Reporte da placa de relatório, corrente, energia e consumo de energia através de uma interface digital I2C / SMBus EEPROM interna fornece dados de configuração de registro e registro de falhas com não-volátil Armazenamento sexual, que acelera a depuração e análise de falhas durante o desenvolvimento e operação no local.
O LTC4282 possui um disjuntor de limite de corrente com 2% de precisão para minimizar o projeto de sobrecorrente, o que é ainda mais importante a alta potência. No caso de sobrecorrente, o limite de corrente de snapback LTC4282 mantém um período de tempo limite ajustável Consumo de energia MOSFET constante. O disjuntor abre a conexão entre o módulo defeituoso e o barramento de energia do utilitário após o término do temporizador. O módulo ocioso também pode desconectar o barramento de energia para economizar energia. Um disjuntor que pode ser configurado digitalmente O limite pode ser ajustado dinamicamente à medida que a carga muda, facilitando a seleção de resistências de detecção de pequena resistência. Os valores mínimo e máximo dos parâmetros elétricos monitorados são gravados e um sinal de aviso é emitido quando o limite ajustável é excedido. 8. Para evitar As placas de circuitos causam danos catastróficos. Esses MOSFETs são monitorados continuamente para detectar anormalidades, como baixas voltas de porta e shorts de drenagem a fonte ou grandes quedas de tensão.
Caminho compartilhado SOA
Embora o LTC4282 controle uma única fonte de alimentação, ele fornece dois caminhos de limitação de corrente paralelos para a corrente de carga. Uma placa de corrente grande com um controlador único tradicional usa múltiplos MOSFET em paralelo para reduzir a resistência, mas todos esses MOSFET requerem Tem uma grande área de operação segura (SOA) para suportar com segurança as falhas de sobrecorrente, porque não se pode presumir que os MOSFETs de derivação compartilham corrente durante a limitação de corrente Além disso, a escolha do MOSFET se estreita em níveis de corrente mais altos e o preço aumenta, E os níveis de SOA não podem acompanhar a queda RDS (ON). Ao separar a corrente em dois caminhos de limite de corrente com precisão, o LTC4282 garante que ambos os MOSFETs compartilhem a corrente mesmo em condições de sobrecarga. Para aplicações de 100A Cada um com um limite de projeto de 50A, reduzindo os requisitos de SOA ao meio, ampliando a escolha dos MOSFETs e reduzindo seu custo é chamado de configuração de "correspondência" ou "paralela" porque os dois O caminho é projetado usando MOSFETs semelhantes e resistências de detecção.
Além disso, os caminhos de corrente dupla do LTC4282 são usados para desacoplar os requisitos de MOSFET SOA da SOA em resistência. O SOA grande é importante para situações em que há estresse significativo em surtos iniciais, limites de corrente, passos de tensão de entrada, etc. Quando o portão MOSFET A baixa resistência à resistência reduz a queda de tensão e a perda de energia durante o funcionamento normal quando ligada completamente, mas estes são requisitos conflitantes, pois o MOSFET SOA normalmente se degrada à medida que a resistência à resistência melhora. O LTC4282 permite uma Possui um caminho que pode lidar com MOSFETs de estresse e outro caminho que possui um MOSFET de baixa resistência. Isso é referido como uma configuração de inicialização encenada Geralmente, o manuseio de estresse durante a inicialização, o limite de corrente e os passos de tensão de entrada O caminho está ativado enquanto o caminho RDS (ON) permanece desligado. O caminho RDS (ON) está ativado durante a operação normal para ignorar o caminho de tensão, fornecendo um caminho baixo de resistência à corrente de carga, reduzindo a queda de tensão e energia Perda Dependendo do tamanho do estresse MOSFET no arranque, existem duas configurações de partida encenadas, baixo estresse (Figura 4) e alto estresse. Os níveis de corrente inferiores a 50A e as configurações de encadernação paralelas e de baixo estresse são recomendados para aplicações até 50 A. O menor custo de MOSFET em comparação com os projetos de caminho único é fornecido por uma configuração de teste de estresse baixo à custa de condições transitórias A capacidade de executar ininterrupto é limitada e não pode ser iniciada com a corrente de carga. As configurações paralelas e estressadas de alto estanque podem iniciar uma carga e fornecer temporizadores de falha de tempo limite mais longos que operam durante um período de tempo prolongado de condições de sobrecarga e entradas Operação contínua de tensão sem interrupção.
Conclusão
Nas últimas duas décadas, o número de sistemas eletrônicos utilizados nos automóveis tem aumentado rapidamente, impulsionado por funções como direção hidráulica, freios ABS, conveniência, segurança de condução e entretenimento, etc. À medida que os carros se movem para conectividade completa e autonomia total, A proliferação de sistemas eletrônicos também está acelerando, aumentando a necessidade de energia de bateria preciosa. Espera-se que a monitoração de energia cuidadosa, juntamente com o desligamento de sistemas inativos, aumente a eficiência da bateria. O disjuntor LTC4282 alivia a necessidade de dados elétricos de nível de circuito Medindo o consumo de energia e energia de cada subsistema, reduzindo assim a carga de medição sobre a potência geral do veículo e o consumo de energia. O LTC4282 facilita grandemente os circuitos de alta velocidade de alta velocidade com seu novo caminho de corrente dupla que pode ser configurado de várias maneiras O design da placa permite tanto o SOA grande quanto a pequena resistência ao mesmo design.