Silent Switcher2技术保障自动驾驶和自动化的安全性

工程师郭婷 发表于 2018-10-07 21:13:57 收藏 已收藏
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Silent Switcher2技术保障自动驾驶和自动化的安全性

工程师郭婷 发表于 2018-10-07 21:13:57

  伴随着电子技术的迅速发展,汽车电子技术在系统的网络化、体积的微小化、系统集成等方面的研究取得了长足进步,汽车电子技术的未来发展趋势朝着信息化、安全、绿色、环保、高效、节能的方向发展。特别对于安全而言,始终是重中之重的话题。

  进入自动驾驶和汽车电动化时代,安全的定义范围和内涵进一步得到扩充和强化,这不仅体现在汽车主动、被动安全系统中各种传感器的先进性、中央处理/控制/执行单元的响应速度和算法的精确性、车载网络安全性等等大家常讨论的议题,还对遍布全车的电源技术提出了更高的要求,对于用电池、电机、电控变革了汽车传统动力系统的新能源汽车来说,电源技术的进步更是愈发重要。

  无论对于电池管理、雷达系统、测量测控单元、动力总成还是信息娱乐系统、车灯照明等等,在汽车相关电源产品领域的变迁过程中,“安全可靠”也始终是一个关键词。而在ADI公司提供的创新电源解决方案中,这一点可能反映为超低噪声(电磁干扰)、电池主动均衡和能量优化(安全驾驶更长距离)、高低压双向转换、新的浪涌和高压保护机制等等技术特性,这些技术让系统实现高能效、优化EMC和PCB空间,提高安全可靠性,适合满足自动驾驶和新能源汽车系统性能和安全性要求。

  例如,针对汽车系统中不同电压共存在情况,LTC3871的设计思路就是如ADILorry所介绍的,“日益复杂的车载电子功率增加带来的电流增加伴随的更粗的电缆提供更大的电流能力。48V系统的出现,是为了优化电缆和车身布线,但是很多系统装备,依然在短期内没法向48V系统迁移,因此相当一段时间内,会出现48V系统和12V系统共存的局面,把一个48V的电池组和12V的电池组连接起来,可以双向供电,并对48V和12V系统进行管理。这样就可以保证在整个汽车系统安全运行的问题。”

Silent Switcher2技术保障自动驾驶和自动化的安全性

  为此,Lorry还在现场为各位媒体展示了上图这样的一个系统板,并解释到:“它的转换功率有2.5千瓦,能够提供非常好的稳定性。这个在新一代48V系统的汽车里面是非常标准的配置,也可实现双向电压转换。”

  而从汽车系统的安全性和可靠性来讲,汽车还会因为电瓶和越来越复杂的系统而在启动时或受到意外干扰时会出现瞬间高压情况,而这很可能导致组件的坏损。传统的解决方案是加TVS管,但它有比较大的体积和相对高的重量等缺点。那么ADI是怎么解决的呢?

  Lorry解答到:“我们考虑Surge Stopper,通过反馈和MOSFET控制把瞬间脉冲的干扰电源尖峰部分全部消掉,确保输出电压在我们设定的标准范围之内,车身系统系统会更加安全。再结合可控的电源工艺,车身系统就不会因为意外的干扰造成组件损坏。”

  激光雷达、普通雷达、相关测量测控单元是未来自动驾驶非常核心和关键的平台。Lorry介绍说,因为雷达和激光雷达的精度和性能、稳定性非常重要,所以针对雷达、射频、高频应用,ADI推出了全球噪声最低的几款电源:如LT3042、LT3045,噪声只有0.8微伏,与电池差不多。正是这样技术的推动和发展,使ADI能够为自动驾驶领域提供更好的性能和可靠性,推动产业的发展。

  此外ADI广为人知的新一代Silent Switcher2技术已经被广泛应用在车用电源中,以减少EMI的影响。如采用 Silent Switcher? 2 架构的开关稳压器 LT8609S,运用两个内部输入电容器以及内部 BST 和 INTVCC电容器,以最大限度减小热环路面积。由于可提供控制得非常好的开关边沿,因此 LT8609S 的设计显著地降低了 EMI / EMC 辐射。这种改善的 EMI / EMC 性能对电路板布局不敏感,从而简化了设计并降低了风险,即使在采用两层 PC 板时也不例外。

  同时,目前ADI还在开发的PoDL(Power Over Data Line)技术,和POE类似,只不过是通过车载以太网传输能量。据悉,目前这只是一个前沿性研究,但随着车内以太网的普及,为了进一步减低线束重量,PoDL很有可能变成一个标准。如下图所示,ADI PoDL解决方案,类似POE架构,包括了PSE和PD两端

  由于环境保护以及能源短缺,发展新能源汽车成为世界各国的共识。对于中国来说,石油对外依存率逐渐升高已超过 60%,发展新能源汽车更具有战略意义,因此针对新能源汽车的发展已建立了完整的政策体系,包含宏观综合政策、行业管理政策、推广应用政策及税收优惠政策等。在政策的推动下,未来几年新能源汽车销量将持续走高,有数据表明 2020 年将达到 250万左右的年销量。

  相对传统燃油汽车,新能源汽车(NEV)的汽车电子占整车成本的比例在 50% 以上,特别是动力电池占据整车成本40%以上。ADI针对新能源汽车电池系统推出了一系列能量优化解决方案,可实现更长距离的安全驾驶,例如12V系统的BMS、主动均衡以及48V系统均衡应用。

  例如,LT8584是一款单片式反激 DC/DC 转换器,专为高电压电池组的主动平衡而设计。开关稳压器的高效率显著地增加了可实现的平衡电流,同时减少了发热量。另外,主动平衡还可实现不平衡电池组中的容量恢复,这是采用被动平衡系统无法获得的特性。在典型系统中,可获得超过99%的总电池容量。

  LTC3300-2 是一款故障保护控制器 IC,适用于对多节电池的电池组进行基于变压器的双向主动电荷平衡。该器件集成了所有相关的栅极驱动电路、高精度电池感测、故障检测电路和一个带内置看门狗定时器的坚固型串行接口。

  而铅酸电池平衡器LTC3305 可平衡多达 4 节串联连接的铅酸电池。它旨在与一个单独预先存在的电池充电器结合使用以作为高性能电池系统的一部分。其集成了所有的电压监视、栅极驱动和故障检测电路。

  ADI对于比较流行的概念启灯式大灯方案也有涉足。汽车前面有一排不同的灯,每个灯单独控制,汽车在道路上行驶时,系统可以通过计算机控制、总线来控制LED矩阵。然后把对应车位置的那个LED灯给关掉。这样做的好处是即可以继续照亮其余部分的道路,同时不会晃到对面来车和人。ADI这项技术已经推向市场,有助于更安全地在未来自动驾驶和自动化程度越来越高的场合下解决安全性问题。

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