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備越來越多，如電動後視鏡、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，汽車內的用電設備越來越多，如果電池直接供電的設備靜態電流不夠低，而汽車連續停泊較長時間，車內蓄電池可能因為過度放電而使汽車無法重新啟動，故BCM設計需要考慮靜態電流。此外，汽車應用中可能會常常面對高溫環境，所以要求電源提供過溫保護。

　　適合於BCM的電源包括線性電源（或稱線性穩壓器）和開關電源（或稱開關穩壓器）。這兩種電源各有優勢，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，轎車一般採用12V電源，而卡車和客車一般採用24V電源。在12V電源BCM中，推薦採用安森美半導體的線性穩壓器，如NCV4275A等，見圖2。 NCV4275A是一款帶複位和延遲功能的5V、3.3V/450mA低壓降（LDO）線性穩壓器，這款器件支持可編程微控制器複位，並提供多種特性，如過流保護、過溫保護、短路保護等。此外，在下圖中位置1處串聯一個二極體（MRA4005），這線性電源能有效防止高達-42V的反向電壓；在位置2處並聯一個瞬態電壓抑制器（TVS）管，可以有效阻止高達+45V的瞬態電源負載突降（loaddump）高壓脈衝及不穩定的電源雜波，符合12V汽車電源系統的ISO16750-2-20034.6過壓測試規範。實際上，在汽車發動機啟動瞬間就可能出現負載突降，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範圍線性穩壓器中的一款，其它線性穩壓器有如NCV8664/5、NCV4949、NCV8503/4/5/6、NCV4274A等。超低靜態功耗的產品，靜態電流低至30μA以下，驅動電流範圍在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電壓轉換至5V或3.3V，如果採用線性穩壓器，電源晶元本身就會有很高的功率消耗，產生大量熱量導致溫度過高而燒壞晶元，所以我們需要採用開關穩壓器，我們推薦採用安森美半導體系列用於汽車的開關穩壓器，如NCV51411、NCV8842、NCV8843、 NCV33063、NCV33163、NCV3063、NCV3163、LM2576、LM2575及NCV2574等。這些開關穩壓器具有較高的效率，避免產生大量的放熱，保護晶元，提升系統可靠性。這些汽車應用的開關穩壓器驅動電流多數在0.5A至1.5A之間，有的達到 2.5A（NCV33163），開關頻率在50kHz至300kHz之間。以NCV51441為例，這款器件使用V2控制架構，提供無可比擬的瞬態響應、極佳總體穩壓精度及最簡單的環路補償。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並行電源工作或將雜訊降至最低。

　　圖2a）及b）分別顯示了基於安森美半導體CAN收發器AMIS-42665及LIN收發器NCV7321的典型電路。值得一提的是，AMIS- 42665提供小於的10 μA的極低靜態電流。支持匯流排喚醒，共模電壓範圍-35 V至+35 V，可以承受額定+/-8 kV的靜電放電（ESD）脈衝。NCV7321則支持-45 V至+45 V的電壓範圍，承受額定5 kV的ESD脈衝。這些器件均提供強大的保護功能。

　　圖2：基於安森美半導體收發器的典型CAN電路（圖a）及LIN電路（圖b）。

　　在車身控制網路應用中，需要儘可能地配合降低成本及空間要求，同時提升系統的穩定性和長期可靠性，故需要提升元器件的集成度。得益於近年來出現的混合信號工藝，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晶元得以開發和應用。

　　S12VR車窗升降解決方案，提升安全與品質

　　飛思卡爾S12 MagniV S12VR混合信號微控制器（MCU）產品組合提供智能的、優化的集成型高精度模擬組件以及經驗證的S12 MCU，因而可以簡化汽車工程設計。S12VR系列是該組合中第一套基於LL18UHV處理技術的系統級封裝器件，針對汽車和工業防夾車窗升降系統、電動天窗模塊、LIN控制的繼電器驅動、智能執行器、基於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低成本參考設計展示了S12 MagniV S12VR 16位MCU用於車窗升降和基於繼電器的電機控制的主要優勢。該StarterTRAK採用簡潔的設計，具有較少的外部組件，能承受較高電壓，並且佔用空間較小。該解決方案可驅動一個基於繼電器的直流電機，並通過霍爾效應編碼器實現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，用於管理狀態和診斷報告。目標應用包括電動車窗系統、天窗系統、分區系統和基於繼電器的直流電機控制。