高边功率开关系列 | 汽车应用中,如何使用高边开关驱动车灯

汽车应用中,通常高边开关普遍应用在中央车身控制模块BCM应用中。而BCM中最主要的功能就是车灯驱动控制。今天让我们来介绍一下汽车应用中的驱动车灯负载时需要注意的地方,以及选型设计方法。

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1、现今的典型车灯电子电气架构和未来趋势

现今的典型车灯电子电气架构主流为中央化架构。前后车灯主要为灯泡类负载,由中央车身控制模块BCM直接驱动。而近期部分去中央化架构正在成为趋势。车灯配置中既有灯泡类负载又有LED类负载。BCM既要驱动灯泡又要驱动LED灯光模块。而在未来全LED前后车灯的配置正在成为潮流。LED车灯成为彰显汽车个性的一大标志。BCM将演变成负责与前灯和尾灯LED灯光模块通讯协调的控制器。

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2、通常车辆中有哪些车灯需要驱动?

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脚标

1) 编号

2) 在北美标准中为27W

3) 在北美标准中为7W

4) 未在北美标准中作为法规要求

5) 在北美标准中为65W

在典型的汽车系统中,车外照明灯泡或LED一般由高边开关驱动。基于各国的车辆法规要求,一辆汽车中必须配备多达8个种类的20个车灯。如上列表列举了法规要求的各种车灯负载信息。

虽然还没有法规强制要求,但是基于如下列表中的车灯,也经常被使用并且由高边开关驱动。

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脚标

1) 编号

2) 在北美标准中为7W

3) 在北美标准中为27W

4) 日间行车灯在某些国家为法规要求,也可由近光灯实现。

3、什么产品适合驱动车灯负载?

在不断缩小的车身控制模块当中,比如中央车身控制模块 (BCM) 中正在容纳越来越多的功能(如,车外和车内照明、继电器控制和多种舒适功能)需要精确设计的产品。来支持高集成度并且具备满足广泛需求的可扩展性和灵活性的产品。因此智能高边开关更适合驱动车灯负载。

4、车灯负载的特性和驱动需求

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高边开关的主要应用就是打开灯泡。在电源接通瞬间,特别当灯泡处于冷态时,一个很重要的被称为浪涌电流的瞬态电流(Inrush current)会涌入灯泡。对高边开关来说,该电流造成的影响与短路相似,因此为了保护器件,器件可能会关闭。这便限制了高边开关的灯泡驱动能力。

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脚标

1) 当供电电压为18V时

2) 当供电电压为18V且按照高亮度法规实施PWM调制时

3) 当供电电压为18V且实施占空比2%的PWM调制时

如上表所示,常用的车用灯泡负载特性和浪涌电流由IDC,IINRUSH和tLAMP_ON。三个参数描述灯泡工作状态。IDC定义了稳定状态时的消耗电流,IINRUSH峰值电流,同时时间常数tLAMP_ON描述了达到稳定状态的转变时间。一般认为IINRUSH是IDC的10倍,当驱动电流降至小于IINRUSH一半时车灯达到完全打开状态。这段时间定义为tLAMP_ON。如果高边开关存在因为浪涌电流导致的短路保护和开启重试,则tLAMP_ON定义为从开始到最后一次开启重试所需要的时间。在车灯设计中应该确保tLAMP_ON <30mS。浪涌电流主要受灯丝温度的影响。最差情况一般发生在-40℃,典型情况是在环境温度25℃时发生。

要应对这样的车灯驱动挑战必需要有一个好的智能高边开关。

5、一个好的智能高边开关需要具备怎样的特点?

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为了应对如上提到的车用灯泡冷态浪涌电流,一个好的智能高边开关需要具备足够的短路耐受性。

具有短路保护功能的智能高边开关在短路发生时会限制电流。在最差条件下,当浪涌电流流过灯泡时,会达到器件的电流限值。达到器件电流限值时,结温升高,灯泡会被关闭从而限制热应力。因为PROFET器件是可重试的产品类型,所以灯泡仍然会被打开。如上图所示,由于电流和相对限制,器件重新启动的典型应用案例。在灯丝被加热到一定温度使灯泡能完全打开之前,如若达到电流限值IL5(SC),该器件等同发生短路并会触发关闭。在该情况下,PROFET 接通了一个3x21W的负载。可以看到,第一次重试会出现相同电流值,这表示器件电流限制有效。由于环境温度较低,重试是受到动态温度限制器的作用。最后两次重试出现较低的电流,这表示浪涌电流已经流过,但是硅的热惰性会产生过温,这样会触发器件关闭并在冷却后重新启动。

6、BCM应用的典型解决方案和推荐的产品组合

中央车身控制模块BCM一般需要各种高度集成的产品,它们可以在一个器件中提供各种功能。例如,智能高边开关PROFET、高度集成SPI高边开关SPOC 和 SPIDER 系列中的多通道开关以及在更小空间内提供更多功能的系统基础芯片SBC。通过多核心微处理器AURIX,您甚至可以在一个器件中集成两种应用:BCM 中央车身控制模块和网关。优势包括增强型通信、功耗更低以及精选的顶级安全特性。

其系统优势包括:

  • 凭借集成功能节省了板面空间

  • 受保护负载控制和复杂诊断特性

  • 支持“Limp Home”功能安全概念

  • 功率半导体的高可扩展性和短路耐受性 (PROFET和SPOC)

  • 支持到车内和车外照明灯泡和 LED 负载间的平稳过渡。

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综上所述,我们简单介绍了如何使用智能高边开关驱动车灯负载的选型设计方法。希望以上介绍能够对大家了解相关产品及其使用有所帮助。

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本文转载自: 英飞凌汽车电子生态圈(作者:王星炜)
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