汽车电子功能安然实战手册

新能源汽车OBC电路及芯片 - DSP掌握+SiC+仿照

1、OBC的不同开关主电路拓扑

OBC办理的是充电的问题，背后是用户对充电韶光，对本钱，以及安全的哀求；

不同功率级别的OBC，采取不同的拓扑，功率大的会关注提高效率，降落损耗，如下图；

本日给大家先容的ST设计的交错图腾柱PFC+全桥LLC实现的7KW OBC，采取双MCU掌握；

PFC及LLC 的参数如下：

PFC stage:

– Input: 85 to 265 VAC, 45 to 65 Hz– Digital inrush current limiter– Max. input current: 32 Arms– Switching frequency: 70 kHz– Average current mode control in continuous conduction mode (CCM)– PID or 2p2z 2x independent current loop regulators– PID or 2p2pz voltage regulator

DC-DC stage:

– Output voltage: 250 to 450 VDC

– Switching frequency: 92 to 250 kHz with start-up at 350 kHz

– Two independent current loops (CC)

– One voltage loop plus current balancing (CV)

– PID regulators

2、数字掌握OBC框图

如上面图，紧张分交错图腾柱PFC + 移相全桥LLC，我们后面再列举详细利用芯片，先从掌握角度剖析下里面电路功能；

PFC：

- 互换输入的采样及过零点检测；

- L1和L2的电感电流采样

- SCR晶体管的掌握，用于防止启动时候的过流

- MOSFET的掌握，实现PFC

LLC：

- 母线输入电压采样

- 两路输出电流采样

- 输出电压采样

- SiC MOSFET的掌握

供电：

- 给MCU，驱动，隔离，运放，ADC等供应不同电压等级 (20V/-5V/12V/5V/3V/隔离5V/隔离3V）

3、OBC芯片及功率器件清单

每家芯片公司的参考设计，目的一个是证明能力，一个是只管即便的推销自己的产品，整理这份清单之前，我也没想到ST的仿照已经这么丰富了……

查看原文：https://www.dianyuan.com/eestar/article-7388.html

汽车BMS - 智能接线盒(BJB)及芯片清单

1、接线盒的功能和智能化

我们我们还是老习气，从系统层面先看接线盒 (Battery Junction Box)在动力电池BMS系统里面的位置，以及浸染；

如下图，全体电池包，对外输出（包括充电，包括给到驱动系统），有一个叫做接线盒子的，该当比较好理解，高压的，大电流的，有这样的接线盒，会更安全，就类似安装家里的断路器；

那么这个盒子，为什么现在加上了智能？

传统的BJB，里面基本都是被动元器件，比如打仗器（Contactors)和保险丝(Fuse)，详细的掌握须要从BMU里面引出来，增加接线；

为了去除不必要的接线，提升电池包的电压采样和电流采样的精度，实时性，于是在BJB里面加入了专门丈量电压，电流的AFE，以及用于掌握的MCU及周边系统；

如下图

详细的智能接线盒展开，便是如下框图 (优化自TI材料, 不得不承认，仿照大哥系统研究便是透)

2、Smart BJB的详细功能

好了，已经非常明显，BJB里面完成的功能如下：

3、Battery Sensor IC

作者以为AMS取得Battery Sensor IC，非常准确，他不是AFE，他更多像一个感知IC；

那么在智能接线盒里面，Battery Sensor IC哪家的？

目前看到的有

NXP，MM9Z1J638，Intelligent battery sensor with CAN and LIN

TI，BQ79631-Q1，UIR Sensor with Voltage, Current, and Insulation Resistance Monitoring

MM9Z1J638是NXP 的battery Sensor Analog Die + S12Z MCU Die 合封的；

- 四路电压丈量通道（内置分压电阻) 或 5路电压丈量通道(外置分压电阻)

- 一起电流检测通道

- 电压丈量和电流丈量的同步机制

- 5路温度传感器通道，可由内部供电

- 支持低功耗模式

- 支持多种唤醒模式：LIN,定时器,高压输入,CAN,过流等

- LIN 2.2/2.1/2.0协议及物理收发器

3、智能接线盒芯片清单

如下，是奥迪车型里面实际的BJB用的芯片清单，点赞的多，我把整一个框图分享出来；

4、关于锰铜的详细利用

开始没有理解，中间的锰铜和阁下的紫铜，详细啥关系，看了下焊林院的先容，原来是采取真空高能电子束焊接的，如下图，由于高精度采样，不仅仅是把电阻做出来，还要如何运用到系统，这个锰铜分流器的含金量还是高的

为什么采取锰铜，如下图，它具有很小的电阻温度系数，长期负载稳定性高，极低的热电动势，以及良好的焊接性和加工性……

查看原文：https://www.dianyuan.com/eestar/article-7397.html

电动汽车VCU是如何掌握空调的

这次我们就不主讲电动汽车的空调自身是怎么掌握，而是从其余一个维度来谈论，电动汽车的整车的掌握器，是如何来参与空调的掌握。

有些人会好奇，整车掌握器还能当空调掌握器来利用？

首先，我们先看下什么是整车的掌握器。
整车掌握器，行业里通用的叫法叫做VCU（Vehicle Control Unit），是汽车的掌握大脑，也便是相称于汽油车的ECU。
不过差异点是VCU统领的范围更广，卖力整车三电联合掌握及低压电路的干系掌握。

ECU则是专属保姆，紧张掌握着发动机的事情。
而今电动汽车的发展，是一个饱含满满高科技的产品，而这里面，VCU发挥着它强大的掌握能力，那在空调方面的掌握，VCU也就承担起了部分职责。

空调掌握跟VCU有什么关系？

传统汽油车上，我们看到直不雅观的空调冷却系统，更紧张是乘用舱的驾驶体验。
最直不雅观的感想熏染是，炎酷暑季，车内开启空调那股冷风的冰爽；或是冬天瑟瑟寒风，车内开启暖风的满满暖意，当然还有除霜除雾，内在循环功能，乃至是自动空调，PM2.5空调滤清等功能，都是属于空调掌握的功能范畴。

而这一类的掌握，是专属空调掌握器的统领范围，行业里将该掌握器称为HVAC(Heating, Ventilation and Air Conditioning，空气调节系统 )，空调的掌握逻辑是空调掌握器的软实力表示。

那到了电动汽车上，空调的掌握会发生什么变革呢？

大家都知道，传统汽油车，空调事情的动力源，是通过发动机带动皮带让压缩机实现迁徙改变，产生机器做功；而到了电动汽车，没有了发动机，就没有了机器的驱动，转而变成了电驱动，压缩机花费电池包的电，采取电能做功，全体事情系统都在高压下进行。
这个时候，VCU就发挥了其掌握空调的部分职责，即如何掌握这个高压系统，管理着空调事情的一些详细事务。
电动汽车这个电动系统的架构关系，让VCU跟空调的掌握产生了联系，VCU担当起了空调掌握的二当家。

VCU掌握空调事情的哪些内容呢？

VCU掌握空调启动事情的高压系统：

上面我们已经说了，电动汽车的空调事情是在高压环境下进行的，而全体高压系统是由VCU掌握的。
个中，最关键的是车辆的高下电流程。
这个过程是不许可空调提前事情的，否则会影响电池包的预充失落败。

以是，VCU这个时候对空调的高压电源进行管理。
VCU对全体高下电的时序做了一定的优先级管理，如图2所示，上电过程中，VCU等待预充成功后，才给空调发送高压使能可用标志位，许可空调启动事情；

如图3所示，下电过程中，VCU给空调发送高压不可用标志位，等待空调解止事情后，同时包括其他高压附件停滞事情，才会连续走下电流程，发送电池继电器割断要求，从实实现下电，避免不才电过程中，高压带载切电池继电器，对继电器完成粘连等风险。

图2：一种上电时序图

图3：一种下电时序图

VCU卖力着对空调功率的管理：

上面已经提到电动汽车，空调在事情的过程中，是花费电能的，一样平常在利用过程中，空调的电能来自于电池包的放电。
而汽车在利用过程中，各种交叉场景利用都有，行驶中既要考虑车辆的动力性，经济性，又得考虑乘用舱的空调利用体验，特殊是在电池包低电量的场景。

以是，VCU发挥着其强大的能量掌握能力，对整车的高压器件利用功率进行分配。
那这样的情形下，VCU就有必要根据场景利用，对空调的功率进行管理，在必要的时候，进行功率限值。
在车辆放电的场景下，如果电量不敷以知足当前车辆的加速功率，则会考虑同时降空调的利用功率，来补给加速时电机须要的驱动功率；如果电池包的放电功率比较低的情形下，会考虑限定空调的许用功率为0，停滞空调的事情，避免电池包涌现电池过放的可能。

上面说的是电池包放电的情形，如果是充电的过程中呢？

这个看车辆开拓时对产品的定义需求了。
有的会考虑，空调的功率必须限值在充电机的许用功率范围内，避免充电过程中电池包涌现放电征象，影响充电效果；有的会优先考虑空调的体验，在充电过程中，电源已经有了，不在畏惧没电，这个时候更加看重空调的利用体验，就像手机充电时的利用，创造性能更加给力，这些都是各大主机厂各自开拓的产品定义。

它清楚整车的利用环境及整车状态，像一位智者，给空调等其他高压附近做功率分配，担保车辆的事情合营有序，各种性能各有表现。

VCU卖力着要求空调给电池包进行热管理的掌握：

电动汽车的热管理关注点转向了电机回路的冷却以及电池包的热管理。

电机回路紧张靠水冷+风冷，电池包须要冷却时，紧张靠空调压缩机降温，须要加热时，紧张靠PTC加热。
VCU这位管家，与整车各大器件掌握器时候进行着互换，时候知道着车辆整体时候的冷暖需求，末了会根据整体的需求情形是否知足，来判断是否该当要求空调来给电池包进行热管理……

查看原文：https://www.dianyuan.com/eestar/article-7309.html

新能源汽车里面的配电系统和E-Fuse

之前针对新能源汽车接线盒学习互换时候，朋友提到特斯拉已经大量采取E-Fuse，提升了整车的配电和用电安全；在大功率充电桩文章里面可以看到大量的运用了熔断器，继电器等安全配电器件；在先容BCM时候，提到了高低边开关；

本文总结下新能源汽车整车配电用电的变革，E-Fuse(Smart Fuse)及其在配电的运用；

本文目录：

新能源汽车配电系统升级什么是E-Fuse，其事理是什么E-Fuse的事情逻辑

1新能源汽车配电系统升级

传统车的配电系统，ECU紧张通过保险丝和继电器完成车载电器的电源掌握，包括钥匙开关继电器、灯光继电器、喇叭继电器等，还有一些常供电的负载直接通过保险丝接蓄电池正极，如下图

传统保险丝或者继电器/熔断器有如下劣势

传统的保险丝在保护时会被熔断或者毁坏过流和短路保护速率慢，线束和用电器永劫光大电流环境下会加速老化保险丝作为传统的电器件，无法实现诊断功能继电器的空想寿命是10万次，有限定

随着汽车智能化，电气化的不断升级，更小、更轻、更智能、更随意马虎安装的智能电器盒涌现了，特斯拉率先在MODEL 3中采取E-Fuse替代保险丝和继电器进行配电；

E-Fuse有什么上风呢？

重复利用：通断操作通过打开和关闭MOSFET来实现的可监测：能实现电流、电压检测等功能过压保护：能限定向后级的输出电压过流保护：E-Fuse能够在电路大幅超过限定电流时，迅速割断回路，韶光仅150us热保护：过流、过压情形下都会产生大量的热量，当温度超过一定值时，E-Fuse关闭不输出，从而保护E-Fuse。
反向电流阻断：对付反接，感性负载产生的反向电压导致的反向电流进行阻断

那么，采取E-Fuse的系统，有什么上风呢？

2什么是E-Fuse

E-Fuse，和之前MCU文章先容的E-Fuse不一样，这里的E-Fuse，是一种基于半导体实现的，可以供应用电安全保护的电路，一样平常由MOSFET作为开关，并配置驱动，采样，保护等电路形成如下是TI基于高低边开关，或者驱动器+MOSFET实现的E-Fuse方案……

查看原文：https://www.dianyuan.com/eestar/article-6949.html

电源系统架构之汽车篇

传统的汽车电子设备包括：车身掌握器（BCM）、车门掌握器（DCM）、仪表娱乐系统、底盘系统等，后来新能源汽车强势崛起，整车掌握器（VCM）、电池管理系统（BMS）等也逐步成熟，与此同时，高等赞助驾驶系统（ADAS）、V2X车联网系统等观点也风起云涌的被开拓着。

图1. 汽车供电系统总体架构图

汽车供电系统紧张由蓄电池、发电机、调节器以及配电、保护装置组成。
发电机和蓄电池并联事情，发动机正常事情后驱动发电机发电，再通过调节器将发电机电压稳定在14V（12V蓄电池系统，多用于小型客车）或28V（24V蓄电池系统，多用于大中型客车）。
我们车内的用电设备，如：收音机、空调、语音导航等大多由上述电压作为输入电压。

首先要知道的是，汽车供电和之条件到的打算机以及通信设备供电有一个很大的差异，便是在启动之前它各个部件的电能完备由蓄电池供应，因此，低功耗设计是汽车电子产品须要考虑的一个重点。
下面，就我亲自开拓过的车身掌握器（BCM）的系统和电源架构做一个先容：

图2. BCM系统架构图

BCM的功能除了传统的灯光掌握、雨刮（洗涤）掌握、门锁掌握等基本功能外，近年来逐渐集成了自动雨刮、发动机防盗（IMMO）、胎压监测（TPMS）等功能。
其系统架构如图二所示，这种掌握器采取的主芯片一样平常因此16/32位arm内核单片机的MCU为主，功耗在0.3W高下。
输入旗子暗记采集功能是它很主要的一部分，这部分电路紧张是通过分立阻容网络设计一套仿照、数字旗子暗记的采集、滤波电路，采集的旗子暗记回到MCU进行判断、综合处理。

按照输入旗子暗记的性子可分细为三类电路：（1）数字旗子暗记采集电路（2）仿照旗子暗记采集电路（3）诊断信息采集输入。
此外，还有输出驱动掌握功能，也便是通过MCU掌握驱动芯片，驱动车身的各种设备，如：车灯、雨刮器、座椅加热器等等，反正便是各种奇奇怪怪的负载。
而这些驱动器件呢，紧张由高边驱动、低边驱动、桥驱、继电器等构成，实在实质也便是一些功率MOSFET，再加上相应的温度、电流检测保护（SPS），还有一些将车灯换成LED的，诸如此类。
末了，便是卖力通信功能的总线模块了，比如CAN总线、LIN总线，加上以太网等。

图3. BCM输入侧电源架构图

电源方面，以小型客车为例，蓄电池12VDC电压进入掌握器后，首先须要进行防反接处理，由于采取电池供电，以是这种防反接保护是很有必要的，否则欠妥心接错电池正负极，会直接烧毁掌握器内部芯片。
对付掌握部分，防反功能一样平常采取二极管就够了，但功率部分的话最好选择MOSFET，但本钱和设计繁芜度会相应增加。
防反接之后便是一个宽输入范围的LDO或者BUCK，由于蓄电池电压会低落，线缆也会有损耗，加上其他一些外接成分的滋扰，以是这里最好采取宽输入范围的降压电路（如图3）。

图4. 一款SBC与MCU连接架构图

其余，如果空间有限，本钱放宽，则可以考虑选择SBC方案作为系统的主供电，SBC内部集成有多个LDO、高边驱动、低边驱动、以及CAN、LIN等通信接口，功能非常强大，是产品小型化的不错选择。
上图4所示为一款SBC芯片和MCU的连接图，可以看到SBC内部不仅集成了高速CAN接口用于掌握器与外部通信，还可以由内部LDO输出电源VCC1给MCU供电，VCC2给其他IC供电，而它自身与MCU之间通信则采取SPI接口。

上面先容的是12VDC进入掌握器之后，通过防反接、LDO（SBC）降压之后给内部MCU以及一些功能芯片如CAN、LIN、时钟、存储芯片供电的方案。
特点便是功耗不会很大，比如MCU电压5V，80MHz主频下最大电流50mA，功耗也只有0.25W旁边。
一个CAN模块5V供电，40mA，功耗也就0.2W，这比较于之前先容的打算机和5G基站电源便是小巫见大巫了。
但这种低功耗产品采取的是电池供电，因此在低功耗设计方面是要下功夫的，比如怎么降落休眠电流等，多1mA少1mA都是大问题，而这些在之前的供电系统中切实其实微不足道……

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