关于实现电动汽车电源控制和遥测的方法

 汽车喇叭     |      2019-09-10 12:17

  系统的采用,正在成为人们生活中最大、最昂贵的“数字化工具”。由于可用性和环保原因,以及提高内燃型、混合动力型和全电动型汽车行车安全的需求,市场逐步减少了对汽油的依赖,这正是“数字化”转变的驱动力。

  就电动型汽车而言,想要司机心里更踏实,能否实时、准确监控汽车的功耗是关键。

  要监视电子系统的功耗,就需要连续和电压。电压可以直接用模数转换器ADC) 测量。如果 ADC 输入范围小于所监视的电压,那么也许需要一个电阻分压器 (图△▪▲□△ 1)。]

  为了测量电流,需要在电源通路中放置一个检测电阻器,再测量其压降。如图 1 所示,跨导放大器将高压侧检测电压转换成电流输出,该电流流经增益设定电阻器,以产生一个以地为基准并与负载电流成比例以及适合馈送给 ADC 的电压。

  为了最大限度降低功耗,全标度检测电压限制为几十毫伏。因此,放大器输入失调需要低于 100µV。

  为了计算功率,必须使用通过 ADC 数字接口访问 ADC 数据的微控制器或处理器,以实现电压读数和电流读数相乘。要监视能耗,需要在一定时间内累计 (相加) 功率读数。

  为了节省空间,会用 N 沟道和 P 沟道MOSFET等固态开关取代继电器,从而产生所有▲=○▼组件都在同一块电路板上、可以统一采用再流焊工艺组装的PCB设计。P 沟道 MOSFET 通过拉低其栅极电平而接通,通过将栅极连接至输入电压而断开。与 N 沟道 MOSFET 相比,P 沟道 MOSFET 在导通电阻相同时成本更高,而且其选择范围很窄,限于较大电流值 (高于 10A) 情况。N 沟道 MOSFET 是应对大电流的最佳选择,但是需要充电泵,以提高栅极电压,使其高于输入电压。例如,12V 输入需要 22V 栅极电压,即 MOSFET 栅极要高出输入 10V。图 2 显示了一个电源开关电路的实现。

  常见的电源总线也需要针对短路和过载故障提供保护,这类故障可能在任何板卡或模块中出现。为了实现电路断路器功能,可以比较图 1 中放大器的输出和一个过流门限,以断开▼▼▽●▽●图 2 中的栅极驱动器。这种方案取代了保险丝,因为保险丝反应速度慢、容限太宽且熔断后需要更换。为了节省电路板空间,人们希望在开关、保护和监视汽车电源总线中的功率流动时,采用集成式解决方案。

  LTC4282 是一款可热插拔的控制器和电路断路器,提供能量遥测功能和 EEPROM(图 3),凭借创新性双电流通路特色,满足了大电流应用的需求。该控制器通过控制外部 N 沟道 MOSFET,可平滑地给大容量电容器加电,从而避免出现输入电源干扰以及电流达到破坏性水平,因此可确保电源在 2.9V 至 33V 范围内安全接通和断开。LTC4282 位于通往电路板电源的入口,其准确度为 0.7% 的 12 位或 16 位 ADC 通过一个I2C/SMBus 数字接口报告电路板电压、电流、功率和能耗。内部 EEPROM 为寄存器设置和故障记录数据提供非易失性存储,从而可在开发过程中及现场运行时,加速调试和故障分析。

  LTC4282 具准确度为 2% 的电流限制电路断路器,最大限度减少了过流设计,这在大功率时更加重要。在出现过流情况时,LTC4282 折返电流限制,以在可调超时时间内保持恒定 MOSFET 功耗。定时器到了定时时间后,电路断路器断开故障模块和公用电源总线的连接。空闲模块也可以断开与电源总线的连接以节省功率。能够以数字方式配置的电路断路器门限允许随负载变化进行动态调节,方便了小电阻值检测电阻器的选择。所监视电气参数的最小值和最大值都记录下来,当超过 8 位可调门限时,就发出警示信号。为了防止给电路板造成灾难性损坏,这些 MOSFET 受到连续监视,以发现异常情况,例如低栅极电压和漏-源短路或大的压差。

  虽然 LTC4282 控制单个电源,可是它为负载电流提供了两条平行的电流限制路径。采用传统单路控制器的大电流电路板使用多个并联的 MOSFET 以降低导通电阻,但是所有这些 MOSFET 都需要具有大的安全工作区 (SOA) 以安然承受过流故障,这是因为不能假设并联的 MOSFET 在电流限制期间分担电流。

  另外,MOSFET 的选择范围在较高的电流水平上变窄,价格走高,而且 SOA 的水平跟不上 RDS(ON) 的下降。通过把电流分离到两条精准匹配的电流限制路径之中,LTC4282 可确保两组 MOSFET 即使在过载情况下也◇•■★▼将均分电流。对于 100A 应用,每条路径的设计电流限值为 50A,因而把 SOA 要求减低了一半,拓宽了 MOSFET 的选择范围,并降低了其成本。这被称为一种 “匹配” 或 “并联” 配置,因为两条路径是采用相似的 MOSFET 和检测电阻器设计的。

  此外,LTC4282 的双电流路径还用于使 MOSFET SOA 要求与导通电阻脱钩。大的 SOA 对于启动浪涌、电流限制和输入电压阶跃等具有巨大应力的情况是很重要的。当 MOSFET 栅极完全接通时,低的导通电阻可降低正常操作期间的电压降和功率损耗。不过,这些是▷•●存在冲突的要求,因为 MOSFET SOA 通常随着导通电阻的改善而变差。LTC4282 允许采用一条具有一个能处理应力情况之 MOSFET 的路径,和另一条具有低导通电阻 MOSFET 的路径。这被称为一种分级起动配置。

  一般▼▲来说,在启动、电流限制和输入电压阶跃期间应力处理路径接通,而 RDS(ON) 路径则保持关断。RDS(ON) 路径在正常操作过程中接通以旁路应力路径,为负载电流提供一条低导通电阻路径,从而减少电压降和功率损耗。视启动时 MOSFET 应力大小的不同,有两种分级起动配置,即低应力 (图 4) 和高应力。

  图 4b:利用低应力分级起动配置实现启动:GATE1 首先接通以对输出进行涓流充电 (具有一个 2A 的低浪涌电流水平)。GATE2 在 SOURCE (输出) 变至高于电源良好门限时接通。

  高应力分级起动配置推荐用于 50A 以下的应用电流水平,而并联和低应力分级起动配置则推荐用于 50A 以上的应用。与单路径设计相比,最低的 MOSFET 成本由低应力分级起动配置提供,代价是在瞬变情况下不间断运行的能力受限,而且不能利用负载电流完成启动。并联和高应力分级起动配置可启动一个负载并提供计时周期较长的故障定时器,可在持续时间较长的过载条件和输入电压阶跃情况下不间断地运行。

  在过去 20 年,在动力转向、ABS 刹车、便利性、行车安全、娱乐等功能的驱动下,汽车中采用的电子系统一直在快速增加。随着汽车向全面互联和完全自主行驶的方向发展,电子系统的增加还会加速,这增大了对珍贵的电池功率的需求。仔细的功耗监视加上关闭空闲系统有望提高电池使用效率。通过提供电路板级电气数据,LTC4282 电路断路器减轻了测量每个子系统的功率和能耗的负担,因此减轻了整个车辆功率和能耗的测量负担。凭借其新颖和能够以多种方式配置的双电流通路,LTC4282 极大地方便了大电流千瓦级电路板的设计,允许在同一设计中既提供很大的 SOA,又提供很小的导通电阻。

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  0为无源和有源电缆应用提供小尺寸解决方案。 28V容差VCONN和CC提供VBUS短路保护。一个FUSB380可用于VCONN至Type-C™电缆应用,或者每个插头可使用两个FUSB380,并避免通过Type-C™电缆路由VCONN的高成本。 FUSB380提供业界领先的低至2.4 V的VCONN工作范围。 特性 集成USB-PD 3.0协议层和设备策略引擎 5x可编程用于不同的电缆配置 USB PD 2.0和3.0支持 现场可编程用于不同的电缆配置 SOP信号支持 28 V容差CC和VCONN VCONN1和VCONN2之间的集成隔离 2.4V - 5.5V VCONN操作 占地面积小 低功率 无铅,无卤素/ BFR,符合RoHS标准 终端产品 无源电缆 有源电缆 电路图、引脚图和封装图...

  4是一款双输出低压差(LDO)线性稳压器,在工作温度范围内具有+/- 2.0%的精度。它具有3.3 V的固定输出电压(适用于其他固定输出电压选项的工厂触点)和可调节输出,范围为1.25 V至5.0 V.它采用5引脚DPAK无铅封装。 NCP5504 LDO线性稳压器提供低噪声工作,无需旁路◆▼电容用于固定输出。该器件的纹波抑制为75 dB,250 mA时的压差为250 mV。 NCP5504适用于后调节和功率敏感的电池供电应用。 特性 一个固定输出和一个可调节输出 可调输出电压从1.25 V到5.0 V 低压差250 mV典型值250 mA 低静态电流370μA 75 dB的纹波抑制 温度范围-25°C至+ 85°C 温度2.0%的准确度 热保护和电流限制 应用 视听设备 电池供电的消费类产品 仪器仪表 计算与网络国王申请 电路图、引脚图和封装图...

  Broadcom ALM-31222是一款高线瓦功率放大器,具有良好的OIP3性能,在1dB增益压缩点具有极佳的PAE,通过使用博通专有的0.25um GaAs增强模式pHEMT工艺。特性 完全匹配,输入和输出 高线dB 无条件稳定负载条件 内置可调温度补偿内部偏置电路 GaAs E-pHEMT技术[1] 5V电源 产品规格的均匀性非常好 提供卷带包装选项 MSL-3和无铅 基站应用的高MTTF 应用 用于GSM / PCS / W-CDMA / WiMAX基站的A类驱动放大器 通用增益模块...

  MGA-31689是一款0.5W高增益驱动放大器MMIC,适用于1.5 GHz至3 GHz的应用,采用SOT-89标准塑料封装。 它是Broadcom增益模块系列之一,具有高线性度,高增益,出色的增益平坦度和低功耗特性。 特性 符合ROHS 无卤素 低直流偏置功率下的高线性度 高增益 低噪声图 高OIP3 高级增强模式PHEMT技术 产品规格的优异均匀性 SOT-89标准包

  MGA-30989是宽带,平坦增益,高线性度 通过使用Broadcom的专有0.25um GaAs增强模式pHEMT工艺实现增益模块MMIC放大器。 该器件采用符合RoHS标准的低成本SOT89工业标准SMT封装。 功能 高线性 产品规格的优异均匀性 内置温度补偿内部偏置电路 不需要 RF 匹配组件 Standart SOT89 包 MSL-2和无铅无卤素 用于基站应用的高MTTF 应用 IF放大器,RF驱动放大器 通用增益块

  MGA-31389是一款0.10W高增益驱动放大器MMIC,适用于50 MHz至2.0 GHz的应用,采用SOT-89标准塑料封装。 它是Broadcom增益模块系列之一,具有高线性度,高增益,出色的增益平坦度和低功耗特性。 MGA-31389是一款0.10W增益模块解决方案,针对频率进行了优化,可提供卓越的RF性能。这个高增益0.10W增益模块系列有2个器件。 MGA-31389适用于50 MHz至2.•☆■▲0 GHz的应用,而MGA-31489适用于1.5 GHz至3.0 GHz,因此覆盖了所有主要的蜂窝频段 - mdash; GSM,CDMA和UMTS加上下一代LTE频段。 通用的封装和PCB布局允许单一设计支持多种频率和地域市场,并可选择输出功率。这些器件还具有高增益,可以减少所需的RF级总数。 特点 符合ROHS 无卤素 低直流偏◆■置功率时的高IP3 高增益,增益平坦度好 低噪声图 高级增强模式PHEMT技术 产品规格的一致性非常好 SOT-89标准包...

  MGA-31289是一款0.25W高增益驱动放大器MMIC,适用于1.5 GHz至3.0 GHz的应用,采用SOT-89标准塑料封装。 它是Broadcom增益模块系列之一,具有高线性度,高增益,出色的增益平坦度和低功耗特性。 MGA-31289是一款0.25W增益模块解决方案,针对频率进行了优化,可提供卓越的RF性能。此高增益0.25W增益模块系列有2个器件。 MGA-31189适用于50 MHz至2.0 GHz的应用,而MGA-31289适用于1.5 GHz至3.0 GHz,因此覆盖了所有主要的蜂窝频段 - mdash; GSM,CDMA和UMTS加上下一代LTE频段。 通用的封装和PCB布局允许单一设计支持多种频率和地域市场,并可选择输出功率。这些器件还具有高增益,可以减少所需的RF级总数。 特性 符合ROHS 无卤素 低直流偏压时的高线性度 高增益 良好的增益平坦度 低噪声图 产品规格的优异均匀性 SOT-89标准包装...

  MGA-30889 40MHz - 2600MHz平坦增益高线性度增益模块

  MGA-30689是宽带,平坦增益,高线性度 通过使用Broadcom的专有0.25um GaAs增强模式pHEMT工艺实现增益模块MMIC放大器。 该器件需要简单的直流偏置元件才能实现宽带宽性能。 特性 高线性度 产品规格的优异均匀性 内置温度补偿内部偏置电路 不需要 RF 匹配组件 标准 SOT89 封装 MSL-2和无铅无卤素 用于基站应用的高MTTF 应用 中频放大器,射频驱动放大器 通用增益模块

  MGA-31589是一款0.5W高增益驱动放大器MMIC,适用于450 MHz至1.5 GHz的应用,采用SOT-89标准塑料封装。 它是Broadcom增益模块系列之一,具有高线性度,高增益,出色的增益平坦度和低功耗特性。 特性 符合ROHS 无卤素 低直流偏置功率下的高线性度 高增益 低噪声图 高OIP3 高级增强模式PHEMT技术 产品规格的优异均匀性 SOT-89标准包

  MGA-31489是一款0.10W高增益驱动放大器MMIC,适用于1.5 GHz至3.0 GHz的应用,采用SOT-89标准塑料封装。 它是Broadcom增益模块系列之一,具有高线性度,高增益,出色的增益平坦度和低功耗特性。 MGA-31489是一款0.10W增益模块解决方案,针对频率进行了优化,可提供卓越的RF性能。这个高增益0.10W增益模•□▼◁▼块系列有2个器件。 MGA-31389适用于50 MHz至2.0 GHz的应用,而MGA-31489适用于1.5 GHz至3.0 GHz,因此覆盖了所有主要的蜂窝频段 - mdash; GSM,CDMA和UMTS加上下一代LTE频段。 通用的封装和PCB布局允许单一设计支持多种频率和地域市场,并可选择输出功率。这些器件还具有高增益,可以减少所需的RF级总数。 特性 符合ROHS 无卤素 低直流偏置电源下的高IP3 高增益,增益平坦度好 低噪声图 高级增强模式PHEMT技术 产品规格的优异均匀性 SOT- 89标准包...

  MGA-30789是一个宽带,高线性度 增益模块MMIC放大器使用Broadcom的专有0.25um GaAs增强模式pHEMT工艺。 该器件需要简单的直流偏置元件才能实现宽带宽性能。 特性 高线性度 产品规格的优异均匀性 内置温度补偿内部偏置电路 不需要 RF 匹配组件 标准 SOT89 封装 MSL-2和无铅无卤素 用于基站应用的高MTTF 应用 射频驱动放大器 通用增益模块

  MGA-31189是一款0.25W高增益驱动放大器MMIC,适用于50 MHz至2.0 GHz的应用,采用SOT-89标准塑料封装。 它是Broadcom增益模块系列之一,具有高线性度,高增益,出色的增益平坦度和低功耗特性。 MGA-31189是一款0.25W增益模块解决方案,针对频率进行了优化,可提供卓越的RF性能。此高增益0.25W增益模块系列有2个器件。 MGA-31189适用于50 MHz至2.0 GHz的应用,而MGA-31289适用于1.5 GHz至3.0 GHz,因此覆盖了所有主要的蜂窝频段 - mdash; GSM,CDMA和UMTS加上下一代LTE频段。 通用的封装和PCB布局允许单一设计支持多种频率和地域市场,并可选择输出功率。这些器件还具有高增益,可以减少所需的RF级总数。 特性 符合ROHS 无卤素 低直流偏置功率下的极高线性度 高增益 良好的增益平坦度 低噪声图 产品规格的优异均匀性 SOT-89标准包装...

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