车身控制模块需求分析与具体方案详解
随着人们对汽车的操控性及舒适性需求不断升高，汽车车身中的电子设备越来越多，如电动后视镜、中控门锁、玻璃升降器、车灯乃至其它更多的高级功能等。 应用环境苛刻的车身控制模块(BCM)对元器件提出了更高的要求。本文探入探讨BCM设计在电源、车身网络及板外大功率负载驱动等多个方面的要求，并比较分析了一些领域中不同方案的优劣势。
安森美半导体针身为全球领先的高性能、高能效硅方案供应商，针对车身控制模块等汽车应用提供具有强固保护特性、高可靠性、低静态电流的解决方案，如电源稳压器、总线收发器、高频收发器、继电器驱动器、预驱动器、电机驱动器、LED驱动器及MOSFET等，帮助设计人员为他们的BCM设计选择更佳的元器件方案，从而在市场上占据优势。
本文引用地址：//m.amcfsurvey.com/article/201612/330421.htm
图1：典型车身控制模块(BCM)的系统架构。
2 电源要求及方案选择
典型车身控制模块(BCM)设计重要的一步是确定电源要求，以及选择合适的电源方案。一般而言，BCM 要求的输入电压在-0.5 V 至32 V 之间，输出电压为5 V或3.3 V。值得一提的是，汽车内的用电设备越来越多，如果电池直接供电的设备静态电流不够低，而汽车连续停泊较长时间，车内蓄电池可能因为过度放电而使汽车无法重新启动，故BCM 设计需要考虑静态电流。此外，汽车应用中可能会常常面对高温环境，所以要求电源提供过温保护。
适合于BCM 的电源包括线性电源(或称线性稳压器)和开关电源(或称开关稳压器)。这两种电源各有优势，究竟选择何种电源，还要看具体应用。在车身控制模块的供电电源方面，中国市场上所售汽车中，轿车一般采用12 V 电源，而卡车和客车一般采用24 V 电源。在12 V 电源BCM 中，推荐采用安森美半导体的线性稳压器，如NCV4275A 等，见图2。NCV4275A 是一款带复位和延迟功能的5 V、3.3 V/450 mA 低压降(LDO)线性稳压器，这款器件支持可编程微控制器复位，并提供多种特性，如过流保护、过温保护、短路保护等。此外，在下图中位置1 处串联一个二极管(MRA4005)，这线性电源能有效防止高达-42 V 的反向电压；在位置2 处并联一个瞬态电压抑制器(TVS)管，可以有效阻止高达+45 V的瞬态电源负载突降(load dump)高压脉冲及不稳定的电源杂波，符合12 V 汽车电源系统的ISO16750-2-2003 4.6 过压测试规范。实际上，在汽车发动机启动瞬间就可能出现负载突降，从而导致电池电压升高至超过40 V。这些特性让NCV4275A 非常适合汽车车身控制模块应用。
实际上，NCV4275A 仅是安森美半导体针对汽车应用的宽范围线性稳压器中的一款，其它线性稳压器有如NCV8664/5、NCV4949、NCV8503/4/5/6、NCV4274A等。超低静态功耗的产品，静态电流低至30 μA 以下，驱动电流范围在100 mA至450 mA 之间。
图2：车身控制模块中线性电源典型应用电路示意图。
24 V 电源的BCM 应用中，需要将24 V 电压转换至5 V 或3.3 V，如果采用线性稳压器，电源芯片本身就会有很高的功率消耗，产生大量热量导致温度过高而烧坏芯片，所以我们需要采用开关稳压器，我们推荐采用安森美半导体系列用于汽车的开关稳压器，如NCV51411、NCV8842、NCV8843、NCV33063、NCV33163、NCV3063、NCV3163、LM2576、LM2575 及NCV2574 等。这些开关稳压器具有较高的效率，避免产生大量的放热，保护芯片，提升系统可靠性。这些汽车应用的开关稳压器驱动电流多数在0.5 A 至1.5 A 之间，有的达到2.5(NCV33163)，开关频率在50 kHz 至300 kHz 之间。以NCV51441 为例，这款器件使用V2 控制架构，提供无可比拟的瞬态响应、极佳总体稳压精度及最简单的环路补偿。这款器件上的“BOOST”引脚支持“充当启动电路(Bootstrapped)”工作，将能效提升至最高；集成的同步电路支持并行电源工作或将噪声降至最低。
3 车身网络要求及发展趋势
可以应用于汽车中的系统总线有多种，如控制器区域网络(CAN)、本地互连网络(LIN)及FelxRay 等。这些总线的特点各不相同，表1 比较了汽车应用中几种常见的系统总线，并列出了典型的安森美半导体总线收发器产品。
表1：不同汽车总线比较及典型收发器。
安森美半导体的总线收发器系列非常适合车身控制网络应用要求。图3a)及b)分别显示了基于安森美半导体CAN 收发器AMIS-42665 及LIN 收发器NCV7321 的典型电路。值得一提的是，AMIS-42665 提供小于的10 μA 的极低静态电流。支持总线唤醒，共模电压范围-35 V 至+35 V，可以承受额定+/-8 kV 的静电放电(ESD)脉冲。NCV7321则支持-45 V 至+45 V的电压范围，承受额定5 kV 的ESD 脉冲。这些器件均提供强大的保护功能。
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