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作者：意法半導體 Luc Dang 采用智能手段控制車內外照明在汽車電子系統中變得越來越重要；在緊湊的車身控制模塊內集成的功能越來越多，這種發展趨勢必然帶來相應的技術挑戰。汽車照明系統對電子元器件的要求越來越高，智能復用器可以解決PWM通道、診斷功能和系統可靠性問題。 車身控制模塊（BCM）是執行各種功能的電子控制單元，這些功能包括控制和診斷，以及車內外照明的失效管理或子模塊電源分配。車身控制模塊還能處理車門鎖執行器、刮水器、防盜功能和門禁系統。此外，車身控制模塊還能執行網關功能，兼做連接車內不同通信網絡的網橋。今天的車身控制模塊還在不斷發展進化。下面我們探討車身控制模塊的與汽車照明相關的控制與診斷功能的發展趨勢。 現代車身控制模塊的發展趨勢 • 上橋臂驅動器的PWM控制功能:為節省成本和重量，強化診斷功能，固態開關（又稱上橋臂驅動器）取代機電式繼電器是執行器的發展趨勢 。目標應用對這些上橋臂驅動器的要求日益嚴格。實際上，為修正電瓶電壓變化引起的瞬變事件，使LED燈和普通白熾燈的亮度保持穩定，系統必須利用脈寬調制(PWM)信號控制這些驅動器。當汽車電瓶電壓很高時，這種控制功能還能避免白熾燈絲快速熔斷或LED燈出現過熱現象。 • 上橋臂驅動器的診斷功能：上橋臂驅動器提供一個與負載電流成正比的數字狀態或電流檢測信號。根據這些信息，系統必須以可靠的方式識別并報告不同的失效條件：超載、對地短路或對電瓶短路、過熱、通態開路、斷態開路。 • 平臺解決方案的通用性:車身控制模塊不僅要控制一款給定車型的幾種設備，還要滿足不同市場（亞洲、歐洲、美洲）的特殊要求。此外，多款不同的車型之間還共用同一個車身控制模塊。重復使用模塊，降低研制成本，提高產品質量，是前述發展趨勢背后的主要原因。 這些發展趨勢讓設計人員意識到，開發一個尖端車身控制模塊將會面臨很多挑戰。下面我們討論其中的一些主要挑戰。 新挑戰：大量的具有PWM控制和同步診斷功能的上橋臂驅動器 傳統汽車原本配有三個車身控制模塊，分別位于車前、車后和外部，而現代汽車將這三個模塊內的功能整合到二個甚至一個模塊內�？蛙囓嚿砜刂颇K的上橋臂驅動器通常有40多條通道，而貨車上橋臂驅動器通常有80多條通道。在PWM通道之間實現的移相控制有利于防止同時發生的燈泡浪涌電流引起巨大的電壓降，提高系統的電磁兼容性。此外，需要對每個已激活負載的輸出電流進行定期監測和PWM控制；必須避免錯誤的失效檢測，例如，冷白熾燈絲的高浪涌電流引起的超載檢測。診斷功能還應濾除亂真失效條件，例如，由ISO脈沖引起的失效條件。具有移相功能的PWM信號發生器配合對大量通道的同步診斷功能，可能導致微控制器的負荷加重。 上橋臂驅動器的伸縮性 為符合ISO26262 (ASIL B)的功能性安全要求，上橋臂驅動器的電源電壓通常分為2-4個電壓軌。有時候，一個多通道上橋臂驅動器不能控制一個以上的安全負載(近光燈、剎車燈、示寬燈…)。除這些限制外，根據負載特性對功率級大小的優化和汽車平臺內的變化，可能導致一個由單通道和雙通道上橋臂驅動器組成的驅動區�？傊覀冃枰粋�內部集成度很低的可伸縮的上橋臂驅動器解決方案，以執行同步診斷和PWM控制功能。 優異的抗短路穩健性（又稱魯棒性），能夠濾除間歇性負載條件 按照汽車工業的零缺陷原則，電子元器件和系統的安全性、容錯性和抗異常負載條件的穩健性變得越來越重要。特別是，上橋臂驅動器的輸出對地短路不得導致失效輸出燒毀。盡管內置保護機制，但是，在熱機械應力和電子遷移現象引起的短路條件下，標準上橋臂驅動器仍然會被燒毀。濾波時間越長，上橋臂驅動器被擊穿的風險越高。如今，當診斷功能交由微控制器直接負責時，對上橋臂驅動器的電流檢測或數字狀態的采樣時間達到 10ms到100ms。另外，必須實現一個濾波功能，以免在驗證失效條件前發生瞬變騷擾引起的錯誤的失效報告。 利用一個智能復用器降低微控制器的負荷，提高系統的穩健性 L99PD08又稱為AMICO (先進復用器和集成化協處理器)，是一款智能型多路復用器，能夠控制并診斷上橋臂驅動器的8條通道 (圖1)。上橋臂驅動器可以是意法半導體VIPOWER M0-5、M0-5E和M0-5T系列中的任何一款產品，與每個器件的導通電阻Rdson數值、診斷類型和通道數量無關。L99PD08是微控制器與上橋臂驅動器之間的接口。該復用器通過SPI總線接口與微控制器通信，可使16通道上橋臂驅動器所需的微控制器的引腳數量從32支降至11支（如圖2所示）。 8位分辨率PWM信號的時鐘來自兩個外部時鐘源。為防止同時發生的燈泡浪涌電流引起的巨大的電壓降，提高系統電磁兼容性，L99PD08在每條PWM通道內引入一個移相控制功能。L99PD08同時監測上橋臂驅動器的8個通道，每隔32µs對每個診斷信號進行一次采樣。在通態或斷態過程中，實時診斷功能總是考慮采樣是否完成。當施加一個PWM信號時，最終的同步過程可避免錯誤的診斷發生。 
圖1 ：L99PD08的結構示意圖
圖 2：應用示意圖 當上橋臂驅動器發生短路時，L99PD08的反應時間從64到100µs，以濾除快速的ISO瞬變事件引起的潛在危險。L99PD08的關斷鎖保護功能可大幅提高上橋臂驅動器在短路時的穩健性，而無需微控制器的干預或介入。在AECQ100-012標準規定的測試條件下對L99PD08進行的性能評估顯示，在-40°C 下的長脈沖測試(關斷前反應時間300ms，見圖3)過程中，L99PD08的穩健性改進因子是微控制器對上橋臂驅動器進行直接診斷架構的300倍。
圖3：通過自動關閉功能提高器件在短路條件下的穩健性 結論 L99PD08有助于開發人員滿足車身控制模塊的日益嚴格的要求，內置PWM信號發生器和同步診斷功能，在短路條件下反應時間短，這些特性有助于減輕微控制器的負荷，提高上橋臂驅動器的穩健性。AMICO還通過SPI接口提高M0-5、M0-5E和M0-5T系列上橋臂驅動器的性能，降低12V和24V系統對微控制器引腳數量的要求，同時還能降低軟件的復雜程度，這對汽車軟件的未來發展十分有益，因為隨著汽車工業引入AUTOSAR標準，汽車軟件的復雜性是汽車工業即將面臨的一個重要課題。 |
