汽车eCall电源解决方案

我叫 Lubomir Fenic。 我将向大家介绍 eCall 系统的[听不清]。 eCall 是一项倡议，旨在 为欧盟内任何地方的 碰撞事故中涉及的乘车人提供快速帮助。 eCall 从 2015 年 4 月 29 日起遵循 EU 法规 2015-758 中的定义。 定义如下： 基于 112 号码的 eCall车载系统 是一种应急系统，包含车载设备 和方法，用于触发、管理和实施 通过车载传感器自动激活 或手动激活的 eCall 传输， 该系统通过公共移动无线 通信网络携带最少数量的数据， 并在车辆使用者和eCall 公共安全应答点之间 建立了基于 112 号码的音频通道。 当欧盟法规对于汽车制造商来说是强制性法规时， 欧洲议会投票支持 eCall 法规，该法规要求 从 2018 年 4 月起，所有新汽车都配备 eCall 技术。 届时，eCall 将会在整个欧洲无缝 运转。 如果是 SiriusXM，eCall 会自动拨打 欧洲的唯一紧急号码 112。 从电源管理的角度来说， 是什么定义了eCall 系统的要求？ 电源系统内有五个专用于 eCall 解决方案的 功能模块，即 GSM调制解调器、用于系统控制和 内部管理的 MCU、定位系统 GPS 或 GLONASS。 此外，还有专门用于音频器件和电池的 电源。 重要的是要了解每个模块的 电源要求，以便为 eCall 系统 构建适当的电源管理解决方案。 现在我们将介绍每个功能模块的 电源要求。 GSM 调制解调器通常由范围为 3.3 至 4 伏的 输入电压供电。 需要的 6 瓦以上的输出功率是峰值功率。 待机模式下的要求是介于 10 到 20 毫瓦特范围内。 MCU 是用于进行系统控制和内部管理的 功能模块。 一般来说，所有逻辑 均从 1.8 伏电压轨供电。 MCU 和能源组件消耗低功率。 因此，我们预计公共耗电量处于 2 瓦以下的范围内。 输出功率的待机要求 取决于 MCU 和逻辑 [听不清] 的配置。 但它可以接近于0 毫瓦特。 GPS 模块的GPS 功率要求 平均低于 5瓦特，一般 从 5 伏电压轨供电。 待机功率可以接近于0 瓦或为 0 瓦， 具体取决于系统配置。 音频模块使用的输出功率取决于应用中使用的 音频放大器。 在我们的情况下，我们选择 具有宽输入电压范围的音频放大器。 因此，我们选择 9 伏作为供电电压。 最大输出功率高达 10 瓦。 在待机模式下，音频放大器的功耗几乎为 0 毫瓦特。 在电池模块和可能的电池选项 方面，我们需要考虑以下 各项，其中包括使用备用电源期间的通话时间。 如果 eCall 系统由备用电池供电， 设计人员需要考虑通话时间 并选择适当电池，确保在紧急呼叫期间 提供精确能源。 另外还有温度要求，表示 备用电池的环境温度范围。 还有可充电电池，汽车制造商 希望为 eCall系统使用 可充电电池还是非可充电电池？ 有多种电池化学组成和配置 可用作 eCall系统的 备用电池解决方案。 第一种是镍氢电池，具有 三到五节电池配置，每节电池的 标称电压为 1.2 伏。 然后，我们可以使用一节或两节锂离子磷酸盐 电池，每节电池的标称电压为 3.2 伏。 或者，我们可以使用一节或两节锂离子电池， 每节电池的标称电压为 3.7 伏。 我们从不同电池规格中可以看到， 备用电池的选择和配置有多种 可能。 这一因素推动了eCall 系统整个 电源树的设计。 我将向您介绍用于 eCall 系统的参考设计，即参考 设计 PMP9768 和 PMP9769。 参考设计PMP9769 专门 用于低的中间电压。 此解决方案的输入电压为 40 伏。 但在此应用中，中间电压为 5 伏。 中间电压是 为 DCDC 转换器的第二级供电的电压。 用备用电源电池工作时，标称负载下的 总效率是 87%，轻负载下的总效率是 90%。 所有 DCDC 转换器均使用高于 2 兆赫兹的 开关频率工作。 参考设计PMP9768 专门 用于高的中间电压。 此 eCall 电源的输入电压也为 40 伏。 此参考设计是一级解决方案， 因此只有 DCDC转换器一级。 在由备用电池供电的情况下，使用标称负载 工作时的效率为 87%，使用轻负载时的效率为 84%。 在本例中，DCDC 转换器 也使用高于 2 兆赫兹的频率。 现在我们看一下两种解决方案的方框图。 左侧的方框图是低电压解决方案。 它是两级解决方案，因为有输入 DCDC 转换器， 将输入电压从主电池电压调节 到 5 伏。 这个 5 伏是输入电压， 来自电源路径模块的后面。 DCDC 转换器的第二级的输入， DCDC 转换器的第二级 包含四个转换器，每个转换器 专用于整个 eCall系统的一个模块。 因此，GSM 模块为 3.8 伏， MCU 和系统控制为 1.8 伏，GPS 模块为 5 伏， 音频放大器为 9 伏。 此方框图中还有另外四个模块。 因此，电源路径控制是 控制主电池和备用电池的 输入电压状态的模块。 在 eCall 系统与主电池的连接 中断的情况下，电源路径控制模块 用于将备用电池连接到 DCDC 转换器 第二级的输入端。 电池充电器或备用电池 是锂离子磷酸盐电池的一种集成式解决方案。 电池保护是用于相同化学成分的 IC。 在这种情况下，备用电池 是锂离子磷酸盐电池，每节电池的电压为 3.5 伏。 右侧的方框图是高电压方法。 此方法仅包含DCDC 转换器的 一级。 在过电压保护进入电源路径 控制模块后，来自主电池的 最高可达 40 伏的输入电压 由过电压保护 [听不清]至 14 - 16 伏的 水平。 此模块的功能与 上一种情况相同。 因此，它监控主电池电压和备用电池 电压的状态。 而且它将输入电压 绑定到 DCDC转换器的输入。 其余包括两个模块，即电池充电器， 这是一种分立解决方案，和备用电池。 您可以看到，它们是 德州仪器 (TI) 产品组合和不同拓扑中 不同产品的不同部件号。 [听不清] 我们将使用降压转换器、 升压转移器、降压-升压转换器和 SEPIC 转换器。 [听不清] 每个参考设计的 专用网页上提供了每个模块的 原理图。 现在我们将介绍这两种 解决方案在某一特定负载和输入电压 条件下的效率。 左侧是低电压版本。 右侧是高电压版本。 在待机负载下低电压版本的效率 为 45%。 无负载条件下的输入电流为 1 毫安。 高电压版本的效率为 36%。 无负载条件下的输入电流为 1.5 毫安。 从 14 伏主电池供电时，轻负载 操作条件下低电压配置的效率为 74%。 从 14 伏主电池供电时，高电压配置的效率 为 78%。 差异来自于每种解决方案的方法 不同。 因此，如果低电压配置 使用两级DCDC 转换器， 那么，效率将会更低。 对于 3.5 伏的低电压配置 和 7 伏的高电压配置， 使用轻负载但从备用 电池供电时，低电压 配置的效率为 90%， 高电压配置的效率为 84%。 在这种情况下，低电压版本的 效率更高，因为输入 DCDC 转换器 不工作，而且仅当两个 转换器都处于配置的第二级时才工作。 从主电池供电时，标称负载条件下的 效率是多少？ 对于低电压配置， 效率为 72%。 对于高电压配置，效率为 85%。 您可以看到，效率之间 存在着显著差异，这是由于 低电压电源树具有两级 DCDC 转换器。 因此差异为 13%。 如果我们将该效率与相同负载进行比较， 即与两种解决方案的标称负载进行比较， 则在从 3.5 伏备用电池 为低电压配置供电并从 7 伏 备用电池为高电压配置供电时，效率是相同的。 现在我们看一下低电压版本的 模块电源路径控制。 电源路径控制模块基于 比较器 U2，该比较器驱动三个 V 通道 MOSFET。 该比较器的一个输入 连接到 5 伏，此电压由输入 DCDC 转换器 生成。 该比较器的第二个输入 连接到备用电池。 如果 eCall 电源树与主电池的 连接中断，则 5 伏 低于备用电池，备用电池 将直接连接到转换器第二级的 输入。 测试期间的表现将会如何？ 蓝色线是主电池的 输入电压，14 伏。 绿色线是输入 DCDC 转换器的 输出，5 伏。 红色线是备用电池电压。 紫色线是中间电压， 即 DCDC 转换器第二级的输入 电压。 在未连接到输入电池的 情况下，进入电源路径控制模块的 5 伏 会降低，备用电池 将连接到电源路径控制， 连接到 DCDC 转换器第二级的输入。 我们可以在紫色线上看到 这一点，即中间轨上的 电压将会降至备用电池的水平。 备用电池为系统的其余部分 提供能量。 我们可以看到，在中间电压下， 从主电池向备用电池的过渡 以及过渡回主电池期间没有干扰，如果存在干扰， 可能导致系统重置。 现在我们看一下该参考设计 高电压版本的电源路径控制模块。 输入上是过电压保护， 在出现过电压时，即使是 在 eCall 系统的输入上，也会固定 输入电压。 然后有一个比较器，用于驱动两个 MOSFET， 该比较器是一个 [听不清] 二极管。 在主电池不提供电压的情况下， 会将备用电池连接到电源路径控制模块 并连接到 DCDC转换器的输入端。 在这张幻灯片上，我们可以看到 在将 DCDC 转换器连接到主电池或备用电池时 这一转换的测量值。 因此，蓝色线是主电池的输入电压。 绿色线是中间电压。 红色线是备用电池电压。 紫色线是比较器的输出。 在未连接到主电池的情况下， 备用电池将为中间 电压轨提供电压， 并支持 eCall 系统的其余部分或为其 提供电源。 比较器的输出上没有振荡或任何 干扰。 现在我们看一下专门用于 GSM 模块的 DCDC 转换器，该转换器 将电压从中间电压轨上的 5 伏调节到适用于 GSM 模块的 3.8 伏。 蓝色线显示的是 降压-升压转换器的 输出瞬变期间中间电压轨上的交流纹波。 那么，绿色线是降压-升压转换器的 输出上的交流对联输出纹波。 红色线是降压-升压转换器的 电感电流。 紫色线是负载电流， 模拟 GSM 音频的负载。 我们可以在此处看到用于在 eCall 电源树的 高电压版本中为 GSM模块供电的降压转换器的 瞬态响应。 蓝色线也是中间电压轨， 是降压转换器的供电电压。 绿色线是GSM DCDC 转换器的 输出纹波。 红色线是降压电感器的电感电流。 紫色线是负载电流， 模拟 GSM 模块。 您可以看到，与上一个低电压设计中的 降压-升压转换器相比， 由于使用不同的 控制技术和不同的拓扑， 降压转换器的输出上的电压纹波 峰间值更低。 这个幻灯片显示的是 升压转换器，也就是 为音频放大器供电的转换器的输入和输出上的电压。 蓝色线是中间电压上的交流纹波。 绿色线是升压转换器的输出上的交流纹波。 红色线是升压转换器的电感电流。 音频放大器的输入上 是音频信号，频率为 2 KHz。 输出由电阻负载加载， 模拟扬声器的负载。 在这张幻灯片上，我们可以看到 与 sepic 转换器的输入电压相同的特征或波形， 高电压参考设计中使用 此转换器为音频放大器供电。 因此，蓝色线是中间电压。 绿色线是 sepic 转换器的输出纹波。 红色线和紫色线是 sepic 配置中 使用的电感器的电感器电流。 音频信号是2 KHz， 将会传送到音频放大器的输入端。 负载是电阻负载， 模拟扬声器的负载。 非常感谢您的关注。 现在该 Kalpana 上场了。 Lubomir，谢谢您出色的演示。 大家好！ 我叫 Kalpana Mahesh。 我来到这里与大家分享 最适合您的汽车应用的电池量表器件。 在这个类别中，我们强调了三种量表。 其中两种适用于1 个串联电池组， 例如与可以并联的多节电池串联的 一节电池，也适用于 1-2个串联电池组， 这意味着两节电池与可以并联的多节电池 串联。 在 1S 类别中，我们有 bq27441， 它具有预编程的配置文件并采用 12 引脚 QFN 封装；我们有 bq27220，它具有预编程的 可选配置文件，在活动、睡眠和关机条件下 具有 50、9 和 0.6微安培的超低功耗， 采用 9 引脚 CSP封装；我们有 BQ28z610， 它是带有保护装置的量表，使用 高侧 N 通道 FET 驱动，采用 12 引脚 QFN 封装。 因此，您有两个适用于 1S 的量表， 一个适用于 1-2S 的量表。 现在让我们详细看看这些量表中的每种量表。 bq28z610 是带有保护装置的量表， 适用于锂离子或锂离子磷酸盐型电池。 其电池在两节串联电池之间平衡； 具有一系列广泛的电压、电流和温度保护 功能；可在低至2.2 伏的电压下工作； 可使用 1 毫安的极低感应电阻器 精确感应电流；具有使用期数据 功能，可记录电池组在现场 遇到的最高和最低电压和温度； 集成了 SHA-1 身份验证。 由于它是基于闪存的器件，因此极其灵活。 通过将电池送至 TI， 您可以获得最适合您计划 在应用中使用的特定电池的化学参数配置。 我们会针对您计划使用的电池组为您提供 最佳匹配。 这样，您便会获得最佳精确度。 现在继续介绍下一个器件，即 bq27220。 此器件能够监测锂离子或 锂离子磷酸盐型电池；直接由电池供电； 能够放在系统侧或 电池组侧。 我们已经介绍过了超低功耗。 此器件使用 CEDV算法技术 提供电量状态和健康状态， 这些状态已针对寿命、温度和电流率 进行补偿。 它附带三种可选的预编程配置文件， 适用于 4.2 伏、4.35 伏和 4.4 伏锂离子电池。 但如果您发现预编程的配置文件 不是您的特定电池的最佳匹配， 则量表提供三个额外的开放 OTP 空间， 您可以在这些空间中 收集您的特定电池的化学参数配置并将其载入。 因此，您可以在预编程的 配置文件和可自定义的配置文件之间灵活选择。 量表具有可中断主机的可配置警报、 支持高电流的外部感应电阻器 和外部热敏电阻，因此， 您可以获得最准确的 电池温度读数，从而使计量 更加准确。 此器件还有一个非常独特的累积通过电荷 功能。 此功能的工作方式是，一旦电池完全 充电至 100%，计数器即会启动。 它会开始对从电池组放电的 所有库仑的电量进行计数。 因此，它对放电的库仑电量进行倒计数。 如果您需要一个超低功耗的 传感器来跟踪从电池组传递出来的电量， 这就是适合该类型应用的极佳 器件。 它极其容易设置和投入生产。 凭借多个预编程和可自定义的配置文件， 它可解决库存管理问题 并让您将产品快速推向市场。 继续介绍下一个量表，即 bq27441。 这是一个单电池锂离子电量监测计。 它从电池直接供电， 配备阻抗跟踪技术，可向您提供 电量状态和健康状态报告， 这些报告已针对寿命、温度和电流率 进行补偿。 此器件附带预编程的配置文件，适用于 4.2 伏电池 和 4.35 伏电池，并配备内部温度传感器。 所有这三种器件都 非常适合汽车 eCall、远程信息处理应用、 收费、转速测定、保险跟踪、车队管理 或遥控钥匙以及其他类型相似的应用。 所有这三种测量仪表目前 都已完全推出并正在进行大批量生产。 您可以从 www.ti.com 获得大量有关这些测量仪表的 其他信息。 我鼓励您转到此网站， 以帮助您进行设计。 祝您设计顺利。 对此深表谢意，现在有请 我的同事 Ming Yu。 谢谢，Kal。 大家好！ 我是 Ming，多单元电池 和线性充电器产品线的营销主管。 让我们看看适合汽车应用的 线性充电器。 在可以查看的产品组合页面上， 有四款产品已在市场上推出。 左侧有两款充电电流 为 1 安培的产品。 右侧也有两个产品系列， 可以处理最高 1.5 安培的充电电流。 您还会注意到有不同的充电电压， 25071 对锂离子磷酸盐化学电池的充电电压 为 3.5 伏。 24081 的充电电压为 4.2 伏， 适用于锂离子或锂聚合物化学电池。 在右侧，您还可以看到 有 4.1 伏和 4.2 伏充电电压，可用于针对不同应用 而设计的略有不同的 化学电池。 右侧的两种器件的 电源路径都允许关闭系统。 因此，基本来说，这意味着您可以 从系统上断开电池来执行完全重置。 现在让我们看一看其中 每个器件的细节。 我们要深入研究的第一个器件是 bq25071-Q1。 因此，这是充电电流为 1 安培的充电器， 专为锂离子磷酸盐电池而设计。 其最大额定输入电压为 30 伏。 工作电压由 OVP 封顶， 约为 10.5 伏。 它具有一个集成式LDO， 可提供 50 毫安电流，为外部电路供电。 我们还提供了一种充电状态指示功能， 让主机知道充电情况。 如果出现任何故障情况， 它会向主机发送信号。 它采用 2 x 3 QFM 封装。 我要向您介绍的下一个器件是 24081-Q1。 此器件专门为锂离子和锂聚合物电池充电器 而设计。 最大充电电流为 1 安培。 我们向此器件中内置了一个七小时 快速充电安全计时器。 因此，如果有任何故障情况 导致电池在充电七小时后没有充满电， 将会禁用充电器。 它采用 3 x 3 QFM 封装。 这两个器件都已在市场上推出， 广泛用于eCall 和 其他汽车应用。 下一个器件是bq24030 和 bq24031。 它们是最大充电电流为 1.5 安培的充电器。 它还具有一个双输入。 这意味着此器件同时具有交流适配器 和 USB 输入。 我们有时将动态电源 路径管理称为 DPPM， 利用它，可以控制系统轨和电池。 因此，如果系统上有更多负载， 而输入无法提供，则电池可以处于 放电模式以便为系统提供 补充电流。 因此，DPPM 非常强大。 即使电池电量耗尽， 它也可以让系统加电启动。 下一个器件，即 2407x，也是如此。 此器件也有一个电源路径。 我们有一个系统关闭脉冲，可以让控制器 主机断开系统的电池，以便执行 完全重置。 而且 24075-Q1已经投放市场。 24079-Q1 将在来年早些时候发布推出。