введение
В современных автомобилях системы обогрева сидений, кондиционирования воздуха, навигации, информационно-развлекательной системы, безопасности вождения и т. Д. Предназначены для улучшения комфорта и опыта вождения. Из этих систем легко понять электронные системы, которые обеспечивают различные функции в автомобиле Преимущества Теперь трудно представить себе всего 100 лет назад, когда в транспортном средстве с газом не было ни одного электронного компонента. На рубеже веков автомобиль начал иметь кривошип, а фары освещались газом ацетилена, Вы также можете использовать рингтоны для отправки сообщения пешеходам. В настоящее время автомобили находятся на стыке электронных систем, сводя к минимуму использование механических систем и становясь самым большим и самым дорогим «цифровым инструментом» в жизни людей. Наличие и экологические причины, а также повышенный спрос на внутреннее сгорание, гибридную и полностью электрическую безопасность вождения автомобиля, рынок постепенно уменьшал зависимость от бензина, что является движущей силой «цифрового» сдвига.
По мере того, как все больше механических систем заменяются электронными системами, потребление энергии и контроль за потреблением энергии становятся все более и более важными. Точный контроль энергопотребления электромобиля в конечном итоге сделает водителя более реалистичным. Всеэлектрические автомобили, вероятно, будут беспокоиться о расстоянии вождения, потому что автомобильные аккумуляторы могут разрядиться от топлива, прежде чем добраться до места назначения. Гибрид-электрические владельцы автомобилей имеют преимущество, полагаясь на бензиновый двигатель для езды домой, Автомобиль можно заряжать только на зарядной станции, в настоящее время зарядная станция недостаточна, и требуется несколько часов до полной зарядки аккумулятора. Поэтому важно постоянно и точно контролировать потребление энергии каждой электронной подсистемы. На основе информации мониторинга, Вы также можете посоветовать водителям, которые находятся на дороге, чтобы сохранить заряд батареи, увеличить дальность путешествия. Отключение простаивающих модулей от силовой шины еще больше уменьшает потребление энергии. Токи и мощность подсистемы мониторинга также могут выявить любые аномалии в долгосрочной перспективе автомобиля Trend, предскажите неспособность предотвратить сбой, отметьте запрос на обслуживание, который необходимо отправить в авторемонт, диагностическую систему Для того, чтобы извлечь выгоду из контроля мощности и энергии, доступ через беспроводную передачу данных и записи неисправностей, вы можете быстро отлаживать и снизить затраты на ремонт и время простоя.
Несколько способов контроля и управления энергопотреблением
Для контроля потребления энергии в электронной системе необходимо постоянно измерять ток и напряжение. Напряжение можно напрямую измерять с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП). Если входной диапазон АЦП меньше, чем контролируемое напряжение, может потребоваться разделитель резисторов ) Чтобы измерить ток, необходимо измерить резистор на пути мощности, чтобы измерить его падение напряжения, как показано на рисунке 1. Усилитель с крутизной проводимости преобразует высокое чувствительное напряжение в токовый выход, который протекает через резистор настройки усиления Для создания пропорционального напряжения и тока нагрузки, пропорционального и подходящего для подачи напряжения АЦП, чтобы свести к минимуму потребление энергии, предел полного напряжения обнаружения в десятки милливольт. Поэтому смещение входа усилителя должно быть ниже, чем 100 мкВ. Для расчета мощности микропроцессор или процессор, который обращается к данным АЦП через цифровой интерфейс АЦП, должны использоваться для умножения показаний напряжения и тока. Чтобы контролировать потребление энергии, необходимо накапливать (добавлять) показания мощности с течением времени ,
Для переключения электропитания электромеханические реле обычно используются в автомобильных цепях. Чтобы сэкономить место, полупроводниковые переключатели, такие как N-канальные и P-канальные полевые транзисторы, заменяют реле для создания всех компонентов на одной и той же печатной плате. Конструкция печатной платы узла P-channel MOSFET с паяным потоком включается путем вытягивания его затвора и отключается путем подключения затвора к входному напряжению. По сравнению с N-канальными МОП-транзисторами, P-канальный MOSFET-проводник При таком же сопротивлении стоимость выше и выбор является узким, ограничен большим уровнем тока (выше 10А). N-канальные полевые МОП-транзисторы являются лучшим выбором для работы с большими токами, но требуют зарядных насосов для увеличения напряжения затвора Например, для входа 12В требуется напряжение затвора 22 В, что означает, что затвор MOSFET на 10 В. выше входа. На рисунке 2 показана реализация схемы выключателя питания.
Общие силовые шины также нуждаются в защите от коротких замыканий и перегрузок, которые могут возникать на любой плате или модуле. Для достижения функции автоматического выключателя вы можете сравнить выходной сигнал усилителя на рисунке 1 с превышением предельного тока Управляйте драйвером ворот на рисунке 2. Это решение заменяет предохранители, потому что предохранители реагируют медленно и имеют слишком широкие допуски и нуждаются в замене после слияния. Чтобы сохранить пространство на плате, желательно переключаться между защитой и контролем автомобильной шины питания Поток мощности, использование интегрированных решений.
Интегрированные решения по управлению мощностью и телеметрии
LTC4282 - это контроллер с горячей заменой и автоматический выключатель, который обеспечивает энергетическую телеметрию и EEPROM (рис. 3) для удовлетворения потребностей высокоточных приложений с инновационными возможностями двухточечного пуска, которые управляют внешним N Траншейный MOSFET, который плавно управляет объемным конденсатором, позволяет избежать помех входной мощности и уровня повреждения, гарантируя, что источник питания можно безопасно включить и выключить в диапазоне от 2,9 до 33 В. LTC4282 расположен по пути к цепи Входная мощность платы с точностью 0,7%. 12-разрядные или 16-разрядные АЦП. Распределение напряжения, тока, мощности и энергии в соответствии с цифровым интерфейсом I2C / SMBus. Внутренняя EEPROM обеспечивает регистрацию данных регистрации и регистрации неисправностей с энергонезависимыми Сексуальное хранение, которое ускоряет отладку и анализ сбоев во время разработки и работы на месте.
LTC4282 имеет прерывающий выключатель тока с точностью до 2% для минимизации максимальной токовой защиты, что еще более важно при высокой мощности. В случае перегрузки по току предельный ток обратной связи LTC4282 поддерживается для регулируемого тайм-аута Постоянная потребляемая мощность MOSFET. Автоматический выключатель открывает соединение между неисправным модулем и шиной питания после истечения таймера. Модуль простоя может также отключать шину питания для экономии энергии. Автоматический выключатель, который может быть сконфигурирован в цифровом виде Порог можно динамически регулировать по мере изменения нагрузки, что облегчает выбор резисторов с низким сопротивлением. Минимальные и максимальные значения контролируемых электрических параметров записываются и выдается предупреждающий сигнал при превышении регулируемого порога 8. Чтобы предотвратить Платы печатных плат приводят к катастрофическим повреждениям. Эти МОП-транзисторы постоянно контролируются для обнаружения аномалий, таких как низкое напряжение на затворе и шорты от истока-истока или большие падения напряжения.
Общий путь SOA
Хотя LTC4282 управляет одним источником питания, он обеспечивает два параллельных токоограничения для тока нагрузки. Большая плата тока с традиционным одиночным контроллером использует несколько MOSFET параллельно, чтобы уменьшить сопротивление, но для всех этих MOSFET Имеет большую безопасную рабочую зону (SOA), чтобы безопасно выдерживать перегрузки по току, потому что нельзя предположить, что шунтирующие полевые транзисторы имеют ток во время ограничения тока. Кроме того, выбор MOSFET сужается при более высоких уровнях тока и повышении цены, Уровни SOA не могут идти в ногу с отказом RDS (ON). Разделив ток на два точно согласованных пути по току, LTC4282 гарантирует, что оба MOSFET будут совместно использовать ток даже в условиях перегрузки. Для приложений 100A , Каждый из которых имеет предельный ток конструкции 50А, уменьшая требования к SOA в два раза, расширяя выбор полевых МОП-транзисторов и уменьшая их стоимость, называется конфигурацией «совпадение» или «параллель», поскольку два Путь разработан с использованием аналогичных MOSFET и резисторов.
Кроме того, двухточечный путь LTC4282 используется для развязки требований MOSFET SOA от сопротивления, а большой SOA важен для ситуаций, когда существует значительное напряжение при стартовых перенапряжениях, ограничениях тока, шагах входного напряжения и т. Д. Когда затвор MOSFET Низкий уровень сопротивления уменьшает падение напряжения и потери мощности при нормальной работе при полностью включении, но это противоречивые требования, поскольку MOSFET SOA обычно ухудшается по мере улучшения сопротивления. LTC4282 позволяет Имеет путь, который может обрабатывать полевые МОП-транзисторы и другой путь с низким сопротивлением. MOSFET. Это называется ступенчатой конфигурацией запуска. Как правило, управление нагрузкой во время старта, ограничения тока и шагов входного напряжения Путь горит, когда путь RDS (ON) остается выключенным. Путь RDS (ON) включается во время нормальной работы, чтобы обходить путь напряжения, обеспечивая низкий уровень сопротивления по току нагрузки, уменьшая падение напряжения и мощность Потери В зависимости от размера напряжения MOSFET при запуске имеются две поэтапные конфигурации пуска, низкий уровень напряжения (рис. 4) и высокий уровень напряжения. Уровни тока ниже 50 А, а также параллельные и низкоуровневые конфигурации стадий рекомендуется для приложений до 50 А. Наименьшая стоимость MOSFET по сравнению с однопутными конструкциями обеспечивается конфигурацией промежуточного напряжения с низким напряжением за счет переходных условий Возможность беспрепятственного запуска ограничена и не может быть запущена с током нагрузки. Параллельные и высоко напряженные поэтапные конфигурации могут инициировать нагрузку и обеспечивать более длительные таймеры тайм-аута, которые работают в течение более продолжительной продолжительности условий перегрузки и входов Бесступенчатая работа без прерывания.
вывод
За последние два десятилетия количество электронных систем, используемых в автомобилях, быстро увеличивалось благодаря таким функциям, как рулевое управление с усилителем, тормоза ABS, удобство, безопасность вождения и развлечения и т. Д. Поскольку автомобили движутся в направлении полной связи и полной автономии, Ожидается, что распространение электронных систем ускорится, что увеличит потребность в ресурсах из ценных источников энергии. Ожидается, что тщательный мониторинг мощности в сочетании с отключением систем бездействия повысит эффективность работы батареи. Автоматический выключатель LTC4282 избавляет от необходимости использования электрических данных на уровне платы Измерение энергопотребления и энергопотребления каждой подсистемы, тем самым снижая нагрузку на общее потребление мощности и энергии транспортного средства. LTC4282 значительно облегчает схемы с высоким током в киловатт-масштабе с новым двухточечным контуром, который может быть сконфигурирован различными способами Конструкция платы позволяет использовать как большой SOA, так и малую сопротивляемость в том же дизайне.