车身模块中新的失效保护方法 (1)
在用一个“大熔断器”保护多个上桥臂驱动负载的应用中,有些问题需要考虑。在这些应用中,“大熔断器”的电流处理功能可能高于任何一条被保护的线束。因此,当一条电线上出现“软短路”时,如果上桥臂驱动器十分强健,能够处理更高的短路电流和熔断保护功能,那么线束或电路板可能会自毁。
图6:当智能开关只能自我保护时的后果
决方案
该解决方案是实现一个能够仿真熔断器的I2-t特性的智能电路保护算法。这个概念可转化为“曲线下面积”。在下图(图 7)中,曲线下面积(A区)是保护算法的I2-t界限内。B区所示是在一段时间内的恒定超负载条件,其中,超负载电流小于智能开关的限流值。在这个图中,当限流值超过曲线时,智能开关不会被闭锁。当B区突破A区时,器件闭锁。 这个原则适用于超负载在开关激活后存在很长时间的状况。
图7:超负载与功率限制区比较
可能存在一种特殊的瞬间过流状况:瞬间过流超出曲线与A区交接的界限,但是“曲线下面积”不足以产生错误开关条件。在下图中(图8),这个错误是很严重的,但是因为时长太短,不足以产生错误开关条件。
图8:瞬间错误不会产生错误关断状况
这种保护算法准许出色多个涌流,同时不会强制系统处理比正常高出很多的稳态电流。因此,这种算法提供一个强健的保护功能,既可以保护开关本身,又可以保护被开关驱动的线束。再加上其它的安全机制,如内置的看门狗和激活功能,这个已经很安全的解决方案将会变得更加安全。
利用一个升降序计数器,可以在芯片上实现这个算法,控制该升降序计数器的是流经开关的电流的平方(图 9)。
图9: i-t 限制控制环路
计数器的方向由参考电流确定。当检测电流高于参考电流阈值时,计数器升序计数,速率与检测电流和参考电流的差的平方成正比。当检测电流低于参考电流阈值时,计数器以固定值降序计数。固定降序计数值的设定目的是更好地估算熔断器的散热性。
这个阈值涌流要比电线的电流处理能力略低(如图5所示,小于14A DC)。计数器一旦达到某一个预设值后,输出就会被立即关断。因为这种算法是利用熔断器型的特性保护电线,所以直到微控制器重新初始化,将输出重新导通之前,驱动器始终保持关断状态。
图10:采用保护算法的外推i2-t曲线与电线和熔断器比较
实现这种保护方法的智能开关系列产品的应用,可降低给定车身电子模块的线束成本,限制熔断器的数量,同时提高可靠性和安全性。
当一次短路输出最终烧毁了她的BCM时,车厢内充满了刺鼻的烧焦味,如图6电路板所示,该车的车主买了一辆新车,有同样遭遇的车主不是很少。弥补一辆价值3000美元的汽车的置换损失需要很多个模块。模块的单价比较昂贵,底价不易被接受。从长远看,多花一点钱增加这种保护装置是物有所值的。
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