F罗一个系统的角度来看,然而,更智能的实现,电子融合提供了潜在的减少总成本,以及大幅减少车辆的重量。现在ams引入了一个参考设计板,显示了行业准确而简单的智能融合的设计理念,并使oem厂商有机会评估的概念,了解其优势和成本,并模拟其操作复杂的电力系统。
传统的融合:慢,不方便,麻烦
热保险丝是缓慢和不方便。典型的保险丝在车里吹后在20-50ms 10倍其标称电流。因为削减保险丝时触发,每过流事件后必须更换。这就是为什么汽车包括一个特殊的住房在中心点,提供最简单的可能的访问当保险丝需要被取代。
事实上,当今天的汽车有很多现代技术,如触摸屏,语音识别和复杂的驾驶员辅助系统,过时的工具和模糊过程取代传统的融合显得不合时宜。
现代电子保险丝除掉这个古老的技术。相反,仪表板可以显示诊断信息的潜在位置导致保险丝被触发的故障,修复方法和指导。
此外,电子保险丝多达四个数量级的速度,大大缩短暴露的电路保护有害电流激增。它还可以提供一个更精确的最大电流触发点。这给潜在的减少电缆直径相比,热熔断器保护,这就需要设计师允许广义最大电流范围,而不是一个特定的,和更低的当前值。
电子保险丝的另一个很大的优势是明显的在电力网络的配置。电子保险丝几乎在任何地方都可以放置在车里;不像热保险丝,他们不需要聚集在一个保险丝盒。这的一个好处是短电缆运行时,并随之降低成本和重量。
它还使电力系统设计师首次实现树的拓扑结构,易于管理,甚至环拓扑高级安全功能。树拓扑支持使用非常薄的电缆,因为他们允许功率控制器关掉某些部分的电路在一段时间内保持整个电路的负载低于预先设定的最大值。
量化潜在的减肥
很明显,用电子保险丝代替热融合提供了可能减少电缆的尺寸和重量利用。但多少?
二十年前,电缆在汽车主要进行负荷而不是信号。的一个指标,例如,茎在方向盘关闭一个联系人直接连接电池指示器的继电器。
在1990年代,汽车制造商开始引入电网。我们的目标是保持负载电缆尽可能短,并尽量使用薄信号电缆。今天的指标茎不关闭负载接触:相反,一个传感器检测到指示器已经开启,引发了对电子控制单元(ecu)将这些信息发送到主要前后机构单位。正是这些机构单位,开关电源开关指示灯。
没有其他的发展发生在车里,这就减少了电缆利用的总重量。然而在实践中,汽车今天包括那么多比汽车电器和电子功能在1990年代重量储蓄已经吃多了要求额外的网络连接。事实上,一个现代的中档车携带超过1.5公里的电缆重达40公斤。
当然,这些电缆需要保护。这往往导致系统设计师斗争与权衡的最好办法改善安全、舒适和功能对减肥的欲望和成本。
电动天窗的例子。屋顶的设计规范要求将打开,即使其密封冷冻。破冰的控制要求高电流通过天窗的电动马达,高达30。
但规范电路的热保险丝不能30,因为老龄化降低了保险丝的额定电流*:20%的保证金必须补充道。但36不是标准评级现成的融合,所以天窗设计师被迫40指定一个保险丝。
这反过来会影响电缆规格。30为电动机的最大电流,一个2.5毫米²电缆就足够了。指定的电力网络设计也必须承受最大操作温度70°C。假设需要50毫秒保险丝融化在400 - 10倍名义40评级电缆可能上升的温度远高于105°C的最大温度额定值的标准电缆一辆汽车在发生电流冲击。
因此,天窗设计师被迫指定下一个厚等级的电缆:在这种情况下,4毫米²,更昂贵的重,40%和40%。
相比之下,一个聪明、面向应用的电子保险丝,它没有年龄,可以在一个精确的设计为触发当前值30(或更高版本),允许使用2.5毫米2电缆。
作者的估计是一些5-8kg铜可以删除从汽车用电子保险丝代替热保险丝。在撰写本文时,铜的成本大约是€6.50 /公斤,估计提供节约成本仅在铜€52。此外,重量节省提高车辆的燃油效率,帮助汽车制造商避免提出€95 /克有限公司2税是由欧盟提供当机舱油耗高于某个阈值。
除了非常便宜的组件,有许多和严重的缺陷在使用简单的融合。但是有方法
但一个智能融合可以提供更多的好处:
- 它可以在本地测量温度
- 它可以使智能功率切换
这一功能允许系统设计师进一步减少铜供应多功能电缆的重量。前门的例子。这有多个电功能,包括:
- 镜定位
- 镜子打开和关闭
- 镜子加热
- 指示照明
- 电动窗电机
所有的这些功能可以同时运行;在这种情况下,门的电源电路需要支持高峰负载电流,并呼吁大直径的电缆。成本的另一种选择是,稍微牺牲用户的便利——默认情况下禁用某些功能。例如,镜子加热器可能被禁用时电机运行的窗口。它可能实际上只需要停止当前几毫秒的加热器,当电动机启动电流峰值。阻塞的某些功能可能是极小的或,如果长时间,用户可能会被告知在仪表板中显示。
在这两种情况下,精确和连续电流测量,由一个智能默认执行保险丝,确保电流流过每一个电气子系统是已知的,因此,电力消费和峰值电流的要求可能都是托管在一个智能和细粒度的方法。当然,这将需要开发新的和复杂的软件。
智能汽车保险丝:演示电路
现在ams已经开发了一个演示版包含所需的所有功能模块实现一个智能融合(参见图1)。在评估电路,汽车制造商预计评估:
- 是否当前和温度测量的准确性和精度都在正确的水平
- 电路是否提供了正确的数量的渠道
来自制造商的反馈将影响最终的规范这个演示电路芯片大小版本,现在在发展ams。新的保险丝由一个开关元件和电流测量元素。
在IC版本的电路中,开关将会意识到作为一个内部门驱动器和一个外部MOSFET。司机必须在高速运转,因为他们需要频繁开关沉重的负荷,,为了避免过多的切换损失,MOSFET应该花尽可能少的时间在线性区域。
像一个传统的热熔断器、开关必须偏高。这意味着,司机需要额外的电荷泵以提高电压足够远高于电池电压驱动MOSFET。
准确的测量电流偏高
困难的部分电路实现,为什么之前没有半导体制造商现在有实现这个简单但高性能设计——高端电流测量。
尽管是偏高,当前测量电路必须提供高精度如果电路提供的好处,比如减肥和智能电源管理——上面描述。幸运的是,ams已经开发出一种技术,可以实现精确的高端电流测量。更重要的是,它测量电流直接在黑板上的铜的痕迹,避免昂贵的合金精密并联电阻的必要性。
演示板上,当前测量组件直接放置于铜的痕迹,这样他们可以测量温度以及电流。这消除了需要外部传感器,同时允许补偿温度系数的铜。(微量铜的尺寸必须指定合理的准确性)。
与该技术直接测量跟踪,大约50一个可以测量电流,使用两层但是董事会。由于电路进行高端测量,还有一个需要换档器提供电压水平,ADC可以处理。在演示板、电路实现电流测定精度±2%操作温度范围。这可以在必要时改进。
电路还提供了直接切断,绕过数字功能块。这确保了保险丝可以切换在最多20µs当大电流冲击。实现这个函数的比较器和水平位移器是另一个电路设计要求的挑战。
板布局而言,几个当前路径路由在一起,和背面覆盖额外的热质量(铜做的)。这将确保他们是热耦合的,所以一个温度测量可能应用于整个电路,以补偿热阻在单片机中实现
ADC本身有一个直升机结构产生一个零炮检距:这使得电路来测量电流的准确即使在低电流。换档器水平下降的模拟电压分流术ADC的电压域。Dechopping实现的数字滤波器法ADC。
共同反对直升机架构是他们产生噪音。但在这个ams设计、切与响取消执行模拟域,和dechopping数字(参见图3)。因此,噪音可以忽略不计,而抵消在当前频道的信号路径是完全消除。
温度测量
MOSFET在ams电路,测量的温度是由外部温度传感器,因为大多数场效电晶体内部温度测量不够准确。额外的比较器,这使得直接因关闭,绕过一样的数字电路的过流关闭功能。
数字功能块
图1显示了一个单片机执行一系列数字功能:
- 对电流测量数字de-chopper(解调)
- 铜的电阻温度补偿分流术
- 过流、过热DAC关闭信号
- 行尾的校准值存储当前路径
- 软件计算准确的传输到一个ECU的当前值
- 通信接口
- 管理的安全特性
- 编程的过热和过电流触发特征四个频道
作为一个集成电路实现时,它的目的是,只要有可能,应该作为状态机实现数字功能;该设备将不包括单片机。这种方法更简单,更便宜,功耗更小,更好的支持功能安全的要求。
应该说,这个电路的功能安全的分析今天处于早期阶段。实现集成电路产品的计划提供了一个ASIL评级,与提供更高的安全等级要求的行业。因为智能融合要求的使用一些外部软件如果全部好处是享受,一个完整的功能安全分析只能最后一个应用程序的上下文中。
然而,一个事实,不应忘记:融化保险丝没有ASIL水平。功能方面的安全,以及系统成本、燃油效率、性能和功能,智能融合了ams远优于传统的热熔断器。
总结
数量的稳定增长的电子、电气以及机电系统的功能在汽车引发了许多创新汽车电力系统的设计和操作。然而,在一个领域,汽车仍然停留在石器时代技术:电路保护设备的选择仍然是熔断器(保险丝)。
它的使用继续尽管众多严重的缺陷。这是因为传统的融合有一个非常强大的属性:它的单位成本非常低。
从系统的角度来看,然而,更智能的实现,电子融合提供了潜在的减少总成本,以及大幅减少车辆的重量。现在ams引入了一个参考设计板,显示了行业准确而简单的智能融合的设计理念。它使oem厂商有机会评估的概念,了解其优势和成本,并模拟其操作复杂的电力系统。
本文详细介绍传统的热熔断器的缺点。然后描述了新的演示电路的操作。它显示了如何创新高端电流测量直接在黑板上的铜痕迹,一起快速模拟过热和过电流关闭电路,提供一个简单、低功耗、低成本和高性能热熔断器的替代品。
