TI 车身控制解决方案 - A

接下来这个项目是讲到车身控制的解决方案 往后的部分都会以物理器械为主了 因为之前的话题都是跟软件有很大关系 我们这边主要讲到硬件的部分 好 这个报告里面会针对几个主要的方块 这是在汽车车身控制的一个主方块 比如 电源部分 我们会覆盖到开关稳压的电源 低压load部分 里面会讲到Low driver部分 里面包括 马达的驱动 还有一些SBC的简单报告 还有网络和车灯的部分 这是我的报告的主题 首先我讲讲电源灯控制 不管你的电源单边机 或者你的DSP能做到多好 最后还是要看你的电源稳不稳定 开始我们现在针对的是汽车行业的应用 大家现在都了解到 车的电池本来就不稳定 从来没有稳定过 比如我们做一个12伏的车的时候 那个电池 根本没有停在12伏 它的变化范围很广 比如 我们从能启动来讲 电池电压12伏来讲 它有机会到3伏 在最恶劣的情况 比如低温的情况 有可能到3伏 然后我点火启动的时候 还有一个[听不清] 一个12伏的电池有机会弹到100伏 所以电压的变化范围很广泛 而且还有一个重点 电池还有反接 往往在很多意外里面 电池会反接 所以我们首先第一关要过的保护的系统 稳压的系统 这边跟大家分享一下 TI在这边 有一些新产品是针对新一代的车来研发的 第一个来说保护系统 就是电池反接 我们以往的做法是在输入电池端做一个 二极管 这是一个最简单 最基本的方法 来做电压反接的保护 比如你的系统是小电流 还可以 因为这个二极管的压闸比较低 发热比较小比如是0.7伏的压闸 因为电流小 这边不会太烫 但是假如你的系统的电流越来越大 比如我们讲的好几个系统里面 电流不少啊 这就变成一个非常大的功耗 首先电流大 这个二极管会发烫 比如 压闸是1伏 过电是10安培的话 这边就有10瓦出来了 另外它会增加压闸 有1伏 我们刚才谈到我们在电池电压中的波幅很大 有机会降低到3伏 这是一个最恶劣的情况 就是我们在冬天难启动的情况 但是另外一个挑战是车里面我们有启程这个功能 就是我们停红绿灯 堵车的时候啊 有些发动机会关掉 然后加油的时候重新启动 当我重新启动的时候 这个电池电压 有机会往下掉 我不会讲那么离谱 掉到3伏 掉到6伏 8伏肯定有机会 加入掉到6到8伏的情况下 这边肯定1伏 然后这边就有五六伏 到五六伏 比如你用一个普通的DCDC 这个普通的DCDC可以需要两三伏的压闸在里面 这就会挂掉了 或者你的电池电压会波动 以前的做法是里面加一个很大的电容 希望可以撑过去 放一个很大的电容会产生很大的浪费电流 会有很大的问题发生 所以TI现在的做法是用smart diode controller LM74610 用一个MOSFET取代这个二极管 以往用MOSFET代替二极管 大家的经验应该是知道 是会用PE通道的MOSFET去做 PE通道的MOSFET在汽车行业很难找 你找一个车规的 很难找 而且价格也很贵 所以很少人用这个系统 除非他逼不得已 现在的方案是用N通道的MOSFET去做 通过这个LM74610来驱动它 这个整个的方案很简单 不是方块图 是整个的线路图 这个IC很小 外围包装 外面只有一个小电容 而且它的特点 你会看到我的接法 我没有接地的 我没有连接地的一个角 也就是说 使用这个方案 不会增加你的静态电流 这只是在MOSFET的输入和输出端而已 所以套用很简单 可以立即把你的功耗和压闸降下来 因为你要找一个N channel的MOSFET 你要找一个非常低耗位的 那这边的压闸]搞不好只有零点零几伏而已 所以可以把你的压闸和功耗降下去 这是74610的第一个功能 那么针对一些比较大电流的应用 比如汽车的发电机 通常里边会有一些整流在里边 现在都是用一个普通的二极管去做 刚才讲到了都是二极管嘛 会有压闸 会发烫 会有功耗 所以我们有另外一个叫74670 基本上跟刚才那个 跟哪个74610是pin to pin兼容 主要是个电流比较大 可以把这些二极管替换成MOSFET 这样的话呢 你的整个发电机的效能可以提升 本身的功耗啊 那边肯定是大电流啊 所以本身的发电机的功耗就可以提升 能耗就可以降低 这是我们在输入端的第二个 是真毒低功耗里面的一个应用 然后是电源 车载的电源以前的功耗很大 我们都在讲低功耗 现在车里面的电子器件越来越多 ECU发现里面有好多好多的小盒子在里面 总功耗是一个大问题 早期的时候 我们发现那个IC慢慢从那个低频 几百K的开关 升级到二点几兆 今天我介绍的是TI的几个最新的系列 针对车载电源 的一个新趋势 就是要跑高频率 而且跑高频率还是在很宽的电压里面 可以继续存在高频中 对有一些可以跑高频的 可能在某些情况会跳到低频去 比如说 当你的电压很高 有可能把你的电压频率降到很低 来保证稳定的运作 还有一个重点就是非常低的正常的功率 耗电量 因为现在的车厂绝大部分的话 要求你的车载电量 可能一个系统一个毫安到两个毫安以内 比如DCDC以前的针对是大功能的时候 我们可以是很高的效率 比如以14020这个系列来讲 另外这个系列来讲 我们大功率输出的时候可以 可以有80多帕的效率 问题是 旧的设计很少跟你谈轻载的效率 因为以前的设计轻载的效率很差 本身的耗电量往往是100到200多微安的 那新一代的设计 我本身的静态电流呢 是两个到五个M的系列了 4020的话 40代表40伏 20是2M 30是3M 50是5安培 它这边讲兼容的事 这些这么大的电流的话呢 静态电流只有40个微安而已 所以你会看到我效率的局限 但我输出大电流的时候 可以到80多的帕效率 但我的输出有1毫安的时候 我还有70帕的效率 这里给大家有一个很大很大的帮忙在里面 就是 把你的整个设计可以简化 今天很多客户的设计是大电流用DCDC 大电流的时候把DC关掉 然后通过一个LED来供电 很多人是这样的做法 因为以前的DCDC 车载的效率比较差 在这个新的方案的话 你可以把它简化下来 用一个DCDC就可以搞定 而且另一个功能是 我的这个duty cycle 我可以开到97帕以上 刚才我讲到很多稳压式的输入输出的压差起码有 2-3伏 因为旧一代的产品设计的话 它的占空比大概是80帕而已 所以影响到它的输入输出最少有两三伏才运作 新一代的设计 我可以开到97帕的效率 也就是我的压闸小于1伏 都可以稳定下来 当我的电池电压往下掉的时候 比如 从12伏掉到6伏 我output 5伏还是稳定的 不会影响到 这样你就不需要加很大的电容在里面 在输入或输出端去 可以稳定的运作 第三 就是这个开关频率是2.5兆 非常高的开关频率 2.5兆有一个特别的意义在里边的 它有几个特点 第一当然频率高的线圈啊 电容可以做的小 第二 最重要一点 针对在车行业里边 对于那个AM噪声机的影响 跟我们大部分的高功能稳压式设计都是几百K嘛 几百K刚好是落在AM band里面去 AM band是在150k到1.8兆之间 加入几百K的话 你的主频就落在那里去的话 AM 噪声机的影响就很难过 所以很多客户能不用DCDC就不用DCDC了 因为要过EMI嘛 这个系列来讲的话 我本身的频率可以很高 而且还有一个重点 频率高的话 不一定能稳定在高频运作 还有就是看一个参数 就是minimum ontime 就是我最短的开关时间 这个系列来讲 我最短是75个纳秒 这个是代表我的反应 比如说我在12伏 进来 来输出5伏 加入我输出的波形大概是这样子 是100纳秒 当我的输出电压往下弹的时候 有干扰过来 刚才讲loading 从12伏升到三十四十伏怎么办 最简单就是把脉冲缩短嘛 对不对 能缩短多少呢 看你的75个纳秒你的minimum ontime 加入它按一般的设计来件是100多纳秒的话 它一般碰到100多纳秒就停下来了 它有两种的选择 一种是把output关掉 一种是吧频率降下去 才可以把它拉宽过来 加入把频率降下去 就跳到AM band里面去了干扰升级 所以新的CI可以到75个纳秒 确保在很大的波动的情况下 我还可以稳定运作在2兆以上 不会干扰噪声机 第三个重点是 我的开关设计很简单 我们不需要做频率补偿 如果你的系统不是很离谱的话 它就会稳定运作下去 你设计的时候 找我们FE的机会少很多了 因为它很稳定 很容易用 效率也很高 这是我们很重要的一个效能 对这个系列来讲的话 我们来有展频的功能 还有一个S option 这是提供展频的功能 让你的EMI可以低一点 这个是我们的14020 30 50比较重要的一些特点 还有一个LM53600系列 刚才那个已经不错了 可是刚才那个是非同步整流的 还是需要一个外挂的二极管 同时它在频率响应啊 还有功耗来讲啊 还可以改良一点 53600系列 30是30伏 600是600毫安 01是1安培 它是用同步整流的方法 外围没几个零件 power MOSFET替代了外围的二极管 我的效率可以到90多帕 同时 我们这边提供了一个展频的功能 这个开关的频率是固定的 我们的开关频率是2.1兆 在整个温度范围从-40到150度的话 我的改变只有10帕而已 还有输出的精度可以达到1.5的精度 跟之前的不一样 我还可以提供一个forced PWM mode 就是我在输出电流降低的时候 我不会调到PFM里面去 变成跳频 因为假如你到PFM里面去的话 有可能那个开关频率就不一样 不稳定了 你的IC来讲 我们可以控制它forced PWM 这样就不稳定 这个IC个之前那个主要的区别是 这个稳定性更高 效率更高 还有就是针对EMI的效果更好 这个是主要针对国外的车厂 他们现在对EMI的要求越来越高 下一个就是我们的局限 左右两张图的区别在哪啦 左边是一个标准的 一个图 这边是一个标准的 它没有打开spread spectrum的一个功能 这个功能来讲的话 其实我们都可以过EMI 完全没问题 刚才讲到 我有一个spread spectrum的功能 我打开spread spectrum你会看到 整个频率的话 那个EMI降得更低 这个主要是给你的系统多更多的余量 因为EMI不是看单个芯片 而是看整个系统 我刚才讲到 很多系统里面有DSP啊 MCU啊 很多开关在里面的话 你那边的EMC绝对不少 所以在电源方面 我们提供了一个spread spectrum功能 让你可以把整个系统的EMC降低 让你有更多的余量可以通过EMI 所以这是这个系列的一个特点在里边 刚才那个0001是小电流 这个0203就是大电流的设计 你会看到这个是2A 3A的 一般在一些ADAS的应用啊在一些control处理里面 都是几百毫安到1-2安而已 所以这个非常适合在车身里面 当你的 电流是几个M的时候 可以帮你提供几个非常干净的电源 这个是刚才提到的 做[听不清]以这个来讲的话 我们可到98帕的duty cycle 所以它几乎是小于1伏 那个压闸 都可以通过 所以你会看到 非常高效率的LDO 这是我们另外的一些参考板 主要是 展示给大家看 我们PC板的布线 还有就是我们的EMC的效果 这个是跟以前很不同的做法 因为以前 绝大部分的供应商都不会给你看EMI的东西 就是说DMI是你的电路布线嘛 TI针对这方面的要求 做了很多参考设计 是针对如何改善EMI 让你在开启的时候 就已经知道哪些地方 要注意 帮你做到更好的系统 让你更容易有通过EMI的方案 这些都是我们不同的应用 针对EMI 里面的效能的改善 让你更容易通过EMC的要求 现在在汽车业界里面对EMC的要求 越来越高 特别是对于一些欧洲的公司 他们现在针对EMI很高很高了 然后刚才讲到 欧洲公司针对EMI高 这个是我们最新的一个方案 针对欧洲的车主 对EMI的要求非常高 对EMI非常好的一个设计 这个叫做53625 或35 2.5安 3.5安 看起来好像跟刚才那个查不了多少 都是同步整流 但是这个系列 的话 第一个 静态电流更低 这么大的电流 2.5和3.5安的话 静态电流只有15个微安而已 这个在业界来讲可以说是一个非常非常低的效率 一个电流 容许我们的效率非常高 比如这边的话 我们从13.5伏降低到5伏 3安的话 下面就可以到88帕的效率 所以这个很难得 同时我们有提供展频的功能 minimum on-time达到50个纳秒 确保我在不同是输入的时候 输入电压的时候 我还有一个稳定的高频的运作 在那个压闸的角度来讲的话 你会看到我的压闸降到只有0.6伏 比很多LOD的特性还要好 另外还有一个特点就是我们的这个封装 这个IC我们有一个特别的封装 是针对EMI的干扰 这个图可能太小啊 这个IC的封装跟一般的封装不一样 一般的封装IC的输出都是在四角嘛 这个IC的设计很特别 就是输入输出端 完全隔开 所以你在布线的时候 你会更容易做 因为布线会影响到你的EMI的效率 还有接脚是用我们最新的wettable flank的 这个接脚跟普通的不一样 普通的QFN封装 你从外面看不到焊接点 有没有做好 现在新一代的欧洲车厂的话 要求来验证我的焊点有没有做好 所以我们这边比较特殊的一个改变就是 一般的IC的接脚封装都是 比如这是个相同的接脚 IC的焊点是在底下 很难看 往往需要X光才能看到 现在我们的做法是把这个焊接点往外移一点 所以你会看到这边刚好有一个空洞在里面 有一个沟 这个沟可以允许焊石可以很完整的 填满这个沟 所以你从外面就可以知道你的接脚 焊接点有没有接好 不需要靠X光去看 这个也是 最新的车厂的需求 然后刚才提到 我们有提供非常多的TI Design让你去参考 这里边有很多不同的组合啊 那个应用 包括刚才讲到的 那个电流上来的时候 我们有什么方案啊 我们正负电源的供电啊 或者是type c的供电 我们都有 这个在TI的网站里面都可以下载 下面是讲到一些传感器 车身里面往往有很多不同的传感器 我们以前传感器的供电都是很传统 都是用LED 来供电 比如刚才讲到的hall sensor 或者在车身外面的很多的传感器 每个传感器都需要独立的供电 来做保护 假如我们用LOD的效率很很差 而且LOD的静态电流不一定很低 往往是很高 这里有一个全新的设计方案 叫LM5165 这个本身会承受高压 3.5伏到65伏的高压进来 可以直接接一个12伏的电池加一个DVS以后承受 重点是你会看到我的IC本身里面的 静态电流只有10个微安而已 非常非常低的静态电流 输出的电流量你还可以program 可以选择25 50 75或者100毫安 弹性很高 外挂几乎没几个零件 跟LOD主要区别是我多加了一个线圈在里边 这个工作的频率大概是600K左右 而且我们还支持100帕的duty cycle 就是你输出电压很低的时候 它会停止震荡 直接把电压输出去 当你在3.5伏的时候 你输出还有电压 给你的传感器 最重要的一环是我们针对总体的效率 我们可以有90帕以上的效率 让你的LOD本身产生高温 这边可以非常完善的把温度降下来 同时把你的耗电量降下来 这个是我们最新的针对探头里边的供电 然后普通的应用 到传统的LDO TI也有很多 TPS7A66和69的系列 这个LDO我们会承受到40伏 150毫安 输出量 工作电流很低了 是12个微安 这个比之前的那个 我只有10个微安而已 这个是12个微安 然后本身是宽电压 4伏到40伏 刚才那个3.5到65 刚才那个更宽 这个是最新的设计 这个是比较传统的设计 里边是150毫安 我们还有大电流的 比如TPS7B67系列 450个毫安的大电流 这个是针对一些输出的系统里需要一些更大的电流供应 去做 还有就是tracking LDO 在很多传感器里边 比如你的车身比较远 我们希望传感器端的电压保持稳定 可以通过tracking的手段去做 就是LDO的电压是通过板子本身的ADC来监控 所以你可以把线里边本身线厂的内部 来补偿 还有LDO有一个特点就是 当你的输出短路 短路到地 短路到电源我们都受保护 以前很多LDO都是只有短路到地的保护 短路到电池往往会挂掉 而且不单是它挂掉 还有它会直接把高压重回去 把你的系统打掉 可能你们之前有这个痛苦的经验 这个IC挺特殊的 当这个输出端短路到电池的时候 那个电池电压不会重回去 我们内部有隔离 完全把它隔开 所以本身不会烧掉不会把你系统内部的 整个系统挂掉 这个是4250和4253系列的主要的功能 然后我们还有一个系列是针对天线里边的供电 因为现在很多的天线都是有源的天线 里面有很多放大器在里边 这个LDO来讲 我们提供了电池的反接保护 也提供了电流的侦测 我们的电流侦测可以非常精准 让你的负载是开路 短路 或者是正常运作 假如在天线里边 假如它有出声音的问题 这个LDO 可以通过电流来检测 它现在的工作状态是不是正常 而且我们的精度非常高 比如说 我们最大范围到300个毫安 到10安里面 我们的误差只有10帕 所以你生产的时候 不需要校准 以前的方案在生产的时候还需要校准 因为你本身的LDO误差比较大 这个的误差非常低