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MOSFET和车辆12V配电管理

2018-9-21 12:30 1141 3 4 分类: 汽车电子 文集: 汽车电子

2018-09-12

虎子给了我一些交流的总结材料,写的挺好的。我摘录出来,和大家一起分享下。总的背景,是在整个智能化配电单元上,继电器被MOSFET所取代。12V的配电架构,特别是电动汽车,由于整个系统的变化,都开始转变。传统的配电架构都因继电器与保险丝而受到局限:

如下图所示:

很大一部分配电用的熔丝+继电器的设计,被MOSFET管理电路所取代

这个发展的路径,是越来越快了。随着MOSFET的发展很快,现在只要单一芯片,就能够取代诸如继电器、保险丝、继电器驱动器等众多组件,从芯片的角度来看,MOSFET开关极为耐用,不怕灰尘、冲击和震动,因此配置与组装组件时具有更多弹性。 主要的优点是:

1)过载时的行为差异,保险丝损坏而需要更换时,应用将无法运作。 基于MOSFET的开关可以通过软件,能够重置并重新启动;

2)在承受短路的层面,由于是个闭环的系统,能够承受的短路周期比较多

3)继电器会产生些许噪音,MOSFET在状态切换时噪音几近于无

备注:这里最为核心的还是有关于线束短路的保护,对于电动汽车而言,除了电池以外就是电气短路问题最多,通过线束的模型,可以认真而细致的设定整个短路的状态,根据电流早期判别电气短路(特别是间歇性的)

线束的短路计算分析

如上图所示,传统的熔丝设计,其实也做到了一定的程度,再往下就比较难了。通过这个配电盒的设计,主要对于线束设计可以解放不少的工作量

备注:从控制角度来看,差异主要在控制部分,之前很大一部分是按照HSD的封装形式来做

以下是虎子写的了,我做一些摘录和引用,并且把HSD的部分摘出来

第一部分 从HSD开关设计考虑来说

◆负载的正常电流多大?

◆最大电流多大?

◆负载的工作环境温度是多少?极限温度试多少?

◆负载是否是容性?容性的话,冲击电流是多少?

◆负载是否为感性?感性的话,关断时的能量?

◆负载的控制方式?ON/OFF方式(没有续流,注意过压保护,需要对GD,GS保护背靠背的稳压管),PWM方式(有续流,没有对GD,GS的过压保护)注:ON/OFF方式和PWM方式参考SMTC 2800 017电路端口设计目的

◆系统如果是地线开路的话,对负载有何影响?

◆散热方式,根据参数计算是否需要加散热片?(PCB上的通孔方式铜箔的面积大小)

◆负载是否需要诊断:如需要,有哪些诊断?过流,过压,过温还是短路。

◆负载是否有以下应用:电池反接,负载突降,过压,过流等

◆负载突降(Load dump):如果负载的突降超过VCC的最大额定值时,Did瞬态抑制二极管必须要加的。

第二部分 HSD和LSD的区别:

◆导通电阻:NMOS的导通电阻比PMOS在同样条件下要小(电子导通速度比空穴快,因而影响到导通电阻),为了追求低的导通电阻,在某些HSD的驱动应用,用充电泵加上NMOS来完成PMOS作为HSD的应用,代价是价格高,驱动比较复杂。

◆采样电路:对于HSD的保护,需要对电流的采样,需要差分的配置才能实现电流的采样;而对于LSD,采用单端配置就可以。由于差分电路成本高于采用单端的成本,所以从这个意义上说,LSD比HSD具备成本优势。

◆线制的要求:汽车中的大部分负载多为负极搭铁,采用HSD给负载供电的好处是负载的一端直接接在底盘地上,另外一端则只需要一根线给负载供电,这就节省了系统的成本。

◆失效对系统的影响:这是根据系统的要求,选择哪种负载失效。在飞机失效类型中,如果负载失效,最安全的方式是让负载继续运行下去;而对于汽车的负载应用,则正好相反。

HSD驱动配置优缺点:

◇系统中是1 Wires

◇短路到地不会损坏负载

◇load corrosion unlikely (连接到地)

◇简单的地连接更健壮(单线)

◇内部电路(设计相对复杂,成本高);外部接线(单线,简单线成本降低)

例如:在ECM控制中,控制油泵的开关就是HSD,这是因为在大多数情况下,当驱动模块失效时,是关掉油泵的,这种设计对于当发生车祸或系统失效时是非常有利的。

如图电路所示:

控制油泵对电源端通过HSD开关控制,当汽车遇到危险状况时,通过控制模块直接把电源切断,避免油箱漏油某一点与负载的另外一端短路造成危害(低边控制的话,等效油泵控制的回路只是对地开关,油泵负载另外一端接常电);所以说LSD控制更容易遭受短路危害,LSD短路将导致负载永久性的处于导通,HSD短路只是对开关造成应力,相比电池电压,接地更容易遭受短路危害,所以HSD开关比LSD开关更安全。

HSD:HSD_OUT对地短路只是对开关(MOS管)造成应力,可以理解为对电源的一个保险

LSD:LSD_OUT对地短路的话将会对负载永久性的导通状态,所以对于油泵控制(汽车遇到危险状况时)非常危险的。

小结:开个头,从汽车电子的角度来看,也是配合着车辆的智能化开始发展和创新的,就是国内做个模块或者部件很难赚到钱。

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wjx943_536273043 2018-10-1 19:33

谢谢分享
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