车身控制模块与车窗升降电路分析—电路图天天读（288）

　　随着人们对汽车的操控性及舒适性需求不断升高，汽车车身中的电子设备越来越多，如电动后视镜、中控门锁、玻璃升降器、车灯乃至其它更多的高级功能等。

　　电源要求及方案选择

　　典型车身控制模块（BCM）设计重要的一步是确定电源要求，以及选择合适的电源方案。一般而言，BCM要求的输入电压在-0.5V至32V之间，输出电压为5V或3.3V。值得一提的是，汽车内的用电设备越来越多，如果电池直接供电的设备静态电流不够低，而汽车连续停泊较长时间，车内蓄电池可能因为过度放电而使汽车无法重新启动，故BCM设计需要考虑静态电流。此外，汽车应用中可能会常常面对高温环境，所以要求电源提供过温保护。

　　适合于BCM的电源包括线性电源（或称线性稳压器）和开关电源（或称开关稳压器）。这两种电源各有优势，究竟选择何种电源，还要看具体应用。在车身控制模块的供电电源方面，中国市场上所售汽车中，轿车一般采用12V电源，而卡车和客车一般采用24V电源。在12V电源BCM中，推荐采用安森美半导体的线性稳压器，如NCV4275A等，见图2。 NCV4275A是一款带复位和延迟功能的5V、3.3V/450mA低压降（LDO）线性稳压器，这款器件支持可编程微控制器复位，并提供多种特性，如过流保护、过温保护、短路保护等。此外，在下图中位置1处串联一个二极管（MRA4005），这线性电源能有效防止高达-42V的反向电压；在位置2处并联一个瞬态电压抑制器（TVS）管，可以有效阻止高达+45V的瞬态电源负载突降（loaddump）高压脉冲及不稳定的电源杂波，符合12V汽车电源系统的ISO16750-2-20034.6过压测试规范。实际上，在汽车发动机启动瞬间就可能出现负载突降，从而导致电池电压升高至超过40V。这些特性让NCV4275A非常适合汽车车身控制模块应用。

　　实际上，NCV4275A仅是安森美半导体针对汽车应用的宽范围线性稳压器中的一款，其它线性稳压器有如NCV8664/5、NCV4949、NCV8503/4/5/6、NCV4274A等。超低静态功耗的产品，静态电流低至30μA以下，驱动电流范围在100mA至450mA之间。

　　

　　图1：车身控制模块中线性电源典型应用电路示意图。

　　24V电源的BCM应用中，需要将24V电压转换至5V或3.3V，如果采用线性稳压器，电源芯片本身就会有很高的功率消耗，产生大量热量导致温度过高而烧坏芯片，所以我们需要采用开关稳压器，我们推荐采用安森美半导体系列用于汽车的开关稳压器，如NCV51411、NCV8842、NCV8843、 NCV33063、NCV33163、NCV3063、NCV3163、LM2576、LM2575及NCV2574等。这些开关稳压器具有较高的效率，避免产生大量的放热，保护芯片，提升系统可靠性。这些汽车应用的开关稳压器驱动电流多数在0.5A至1.5A之间，有的达到 2.5A（NCV33163），开关频率在50kHz至300kHz之间。以NCV51441为例，这款器件使用V2控制架构，提供无可比拟的瞬态响应、极佳总体稳压精度及最简单的环路补偿。这款器件上的“BOOST”引脚支持“充当启动电路（Bootstrapped）”工作，将能效提升至最高；集成的同步电路支持并行电源工作或将噪声降至最低。

　　图2a）及b）分别显示了基于安森美半导体CAN收发器AMIS-42665及LIN收发器NCV7321的典型电路。值得一提的是，AMIS- 42665提供小于的10 μA的极低静态电流。支持总线唤醒，共模电压范围-35 V至+35 V，可以承受额定+/-8 kV的静电放电（ESD）脉冲。NCV7321则支持-45 V至+45 V的电压范围，承受额定5 kV的ESD脉冲。这些器件均提供强大的保护功能。

　　

　　图2：基于安森美半导体收发器的典型CAN电路（图a）及LIN电路（图b）。

　　在车身控制网络应用中，需要尽可能地配合降低成本及空间要求，同时提升系统的稳定性和长期可靠性，故需要提升元器件的集成度。得益于近年来出现的混合信号工艺，如安森美半导体的Smart Power高压BCD工艺，高压模拟电路如今能够与低压电路集成起来，使更高集成度的系统芯片得以开发和应用。

　　S12VR车窗升降解决方案，提升安全与品质

　　飞思卡尔S12 MagniV S12VR混合信号微控制器（MCU）产品组合提供智能的、优化的集成型高精度模拟组件以及经验证的S12 MCU，因而可以简化汽车工程设计。S12VR系列是该组合中第一套基于LL18UHV处理技术的系统级封装器件，针对汽车和工业防夹车窗升降系统、电动天窗模块、LIN控制的继电器驱动、智能执行器、基于继电器的直流电机和其他空间受限的继电器直流电机控制应用。

　　飞思卡尔StarterTRAK TRK-S12VR-WLFT低成本参考设计展示了S12 MagniV S12VR 16位MCU用于车窗升降和基于继电器的电机控制的主要优势。该StarterTRAK采用简洁的设计，具有较少的外部组件，能承受较高电压，并且占用空间较小。该解决方案可驱动一个基于继电器的直流电机，并通过霍尔效应编码器实现了防夹和车窗卡死检测。继电器通过HVI唤醒引脚诊断。包含LIN通信功能，用于管理状态和诊断报告。目标应用包括电动车窗系统、天窗系统、分区系统和基于继电器的直流电机控制。

　　

　　图3 S12 MagniV车窗升降和基于继电器的直流电机控制参考设计电路图

　　该参考平台提供的软件，可以通过防夹检测作为车窗升降器继电器直流电机的一个起点。它拥有HAL和MCU初始化、自动反转程序、防夹检测、速度和方向处理、自校准和该应用所需的其他基本功能。

　　编辑点评：本文简单介绍了汽车车身控制模块和车窗设计电路分析，基于安森美半导体CAN收发器AMIS-42665及LIN收发器NCV7321的典型电路，飞思卡尔S12 MagniV S12VR 16位MCU用于车窗升降和基于继电器的电机控制。
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