Stejně jako u většiny vylepšení existují očekávané i neočekávané vlnové efekty v cílech produktu, souvisejícím návrhu a skutečné výrobě. Jak se auta stále více „elektrizovala“ s přibývajícími motory, spínači, osvětlením, elektricky ovládanými sedadly, infotainmentem, pokročilými asistenčními systémy řidiče (ADAS), povinnými bezpečnostními prvky a dalšími, jedním z logických míst, kde začít s přepojováním, byly dveře auta a jejich okna. .
Naštěstí přechod na používání nízkorychlostních sítí, jako je Controller Area Network (CAN bus) nebo Local Interconnect Network (LIN Bus) v autě, snížil obtížnost kabelového svazku. Nyní 12V napájení musí jít pouze do motoru regulátoru ve dveřích, zatímco síťový spínač s tenčí kabeláží může signalizovat ovladači motoru, aby zvedl/spustil/zastavil okno a sledoval výkon.
I když to, co začalo jako základní síťový ovladač okenního motoru, se brzy vyvinulo v inteligentní ovladač na bázi procesoru s pokročilými výkonnostními možnostmi. Vylepšené rozhraní okenní sítě / IC řadiče motoru vyžaduje sofistikovanější správu a regulaci napájení, a to je místo, kde je zapotřebí IC pro správu napájení (PMIC). Stejnosměrné napájení pro sofistikované IC související s motorem musí být monitorováno a řízeno a potřebuje autotest, aby se zajistilo, že jakékoli nadměrné odchylky napájení nebo jiné problémy budou okamžitě detekovány a že budou přijata vhodná opatření bezprostředně předtím, než dojde k jakémukoli poškození. motor nebo související součásti.
Integrované obvody jako MAX16137 od Maxim Integrated Products (nyní součást Analog Devices) přímo řeší tuto potřebu. Tento nízkonapěťový, vysoce přesný dohlížecí obvod monitoruje podpěťovou a přepěťovou poruchu na jediné napájecí napěťové kolejnici, konkrétně se zaměřuje na potřeby automobilových elektricky ovládaných oken a jejich IC rozhraní/ovladačů, i když jej lze použít pro podobné monitorování i jinde ve vozidle. (Obrázek 1).
Když monitorované napájecí napětí klesne pod prahovou hodnotu podpětí nebo překročí prahovou hodnotu přepětí, resetovací výstup IC klesne na nízkou hodnotu; tento výstup se vrátí do „normálu“ po uplynutí doby resetování, když se napájecí napětí vrátí do mezní hodnoty podpětí a přepětí. Přesnost 1 % zajišťuje konzistenci dohledu, zatímco hodnotu okna přepětí/podpětí lze z výroby nastavit na ±4 procenta až ±11 procent cílového napětí.
To je jen jedna role MAX16137. Jeho diagnostická funkce Built-In-Self-Test (BIST) navíc monitoruje stav vnitřního resetovacího obvodu během zapínání. Pokud tento vestavěný autotest selže, MAX16137 sníží svůj výstup BIST na nízkou úroveň, aby upozornil přidružený procesor.
Vzhledem k tomu, že prostor ve dveřích automobilu je na prvním místě, MAX16137 v balení s 8 vývody, 2 × 2 mm, je atraktivní. Pokročilá diagnostika na úrovni čipu pomáhá vývojářům splnit požadavky na funkční bezpečnost na úrovni systému s výrazně sníženými požadavky na místo na desce.
Se zvyšující se složitostí vnitřních částí dveří a dalších „periferních“ funkcí se implementace všech funkcí stává stále větším problémem. Řízení a dodávka řízené energie pro různé motory a mechanismy, které se používají pro komplikovaný dveřní systém a příslušenství – a je to skutečně systém – je podstatnou konstrukční výzvou.
Jedno řešení je dostupné prostřednictvím zařízení STMicroelectronics L99DZ200G pro automobilové přední dveře s rozhraními LIN a CAN. Tento integrovaný obvod umožňuje jednočipové uspořádání „přední-pohony-zadní“ pro ovládání okna předních dveří, zrcátka a osvětlení, stejně jako zvedací zařízení zadního okna. Dosahuje to nižším klidovým proudem, větší spolehlivostí, rychlejší montáží, sníženým kusovníkem a kratší dobou vývoje než vícečipové nebo diskrétní součásti.
L99DZ200G obsahuje dva konfigurovatelné poloviční můstky (7.5 A), dva další poloviční můstky (0.5 A), hradlový ovladač pro externí MOSFET pro ovládání vyhřívání zrcátka, řídicí blok a vysokorychlostní ovladač pro elektrochromické zrcátko. stmívání a pět vysokostranných ovladačů LED (Obrázek 2).
Tři z horních budičů mohou pracovat v režimu konstantního proudu pro napájení osvětlovacích modulů, které mají vysokou vstupní kapacitu; další dva high-side drivery jsou vhodné pro ovládání běžných LED. L99DZ200G také poskytuje správu napájení se dvěma 5V regulátory s nízkým výpadkem pro hostitelský mikrokontrolér a periferní zařízení. Připojení pro ovládání a komunikaci zahrnuje transceiver LIN 2.2a, vysokorychlostní transceiver CAN a rozhraní SPI 4.0.
Se svými dvěma můstkovými ovladači může L99DZ200G ovládat dva vřetenové motory současně a ovládat třetí takzvaný „cinch motor“ pro zavírání poháněných zadních dveří nebo kufru. Toto třímotorové ovládání lze použít k automatickému otevírání a zavírání kufru auta.
Za tímto účelem běží dva vřetenové motory paralelně a ve stejném směru, aby se dveře zavazadlového prostoru pohybovaly nahoru a dolů, zatímco stahovací motor se aktivuje, jakmile je pohyb zavazadlového prostoru dokončen, aby se dveře zavazadlového prostoru zamkli/odemkli. Oba ovladače umožňují provoz v režimu generátoru, který aktivuje oba nízkofrekvenční MOSFETy současně, aby chránil zařízení, pokud je v napájecí liště detekováno přepětí.
Tím posledním bodem je jemnost, která zdůrazňuje realitu přechodu od koncepčního designu ke skutečné výrobní lince. Výrobci automobilů tradičně chrání své poháněné ovladače kufru před ruční manipulací na konci výrobního procesu: když stroje nebo pracovníci ručně zvednou kufr, automaticky to roztočí motory a přemění je na generátor, který vytvoří napěťovou špičku na kolíku řidiče integrovaného obvodu, který pak může tuto součást zničit.
K vyřešení tohoto problému musí návrháři přidat vhodné součásti ochrany. L99DZ200G však nabízí nové řešení v podobě režimu generátoru, který zapíná externí MOSFET na nízké straně zařízení, když motory začnou fungovat jako generátor. Když k tomu dojde, zařízení zablokuje motory, aby se zabránilo napěťové špičce. Návrháři tak již nemusí přidávat externí komponenty, aby se s touto situací vypořádali.
K dispozici jsou také funkce ochrany proti přebití baterie a funkce zabezpečení systému, včetně konfigurovatelného hlídacího systému oken a programovatelného generátoru resetování. Zařízení splňuje automobilové standardy, protože toleruje 25 kV na kolíku LIN a 15 kV na kolíku CAN, což eliminuje potřebu externích ochranných komponent. Složitost tohoto IC nelze podceňovat: jeho katalogový list má 198 stran!
Proč investovat do čističky vzduchu?
Elektroniku, mechanismus a ovládání elektricky ovládaných oken považujeme za samozřejmost, což je standardní výbavou moderního automobilu. Dostat se do tohoto bodu však byla dlouhá a náročná cesta vyžadující mnoho designových inovací. Integrované obvody řeší mnoho problémů a snižují potřebnou kabeláž uvnitř vozidla, ale jejich nastavení a používání může být komplikované.
Tento mnohostranný automobilový LIN/CAN pohon předních dveří s integrovaným pohonem a ovladačem poskytuje duální H-můstek pro ovládání oken, západky kufru a mnoho dalších souvisejících funkcí.
Související s: Electronic Design
Za pouhých několik desetiletí jsme ušli velmi dlouhou cestu od těch dnů ručně ovládaných oken automobilů, vnějších zrcátek a zámků dveří. Nyní jsou všechny elektricky poháněny bez ručního připojení. Správa a dodávka řízené energie pro různé motory a mechanismy používané v komplikovaném dveřním systému a přídavných zařízeních – a je to skutečně systém – je podstatnou konstrukční výzvou.
V tom nabízí řešení IC systému dveřních zón STMicroelectronics L99DZ200G. Toto zařízení umožňuje jednočipové uspořádání „přední-pohony-zadní“ pro ovládání předního okna, zrcátka a osvětlení, stejně jako zvednutí zadního okna. Dosahuje to nižším klidovým proudem, vyšší spolehlivostí, rychlejší montáží, nižším kusovníkem a kratší dobou vývoje než alternativní řešení.
Rychlá lekce historie
Zde se může hodit nějaký historický pohled: 1-3 Ještě před 50 lety byla všechna autoskla ručně ovládaná pomocí mechanického spojení ovládaného jednoduchou „ručně poháněnou“ otočnou klikou formálně nazývanou „stahovač oken“. Každý cestující ve voze musel ovládat své vlastní okno pomocí své paže jako zdroje energie (Obr. 1)a dokonce i řidič auta mohl dělat jen sousední okno, nikoli všechna čtyři.
Elektricky ovládaná okna byla poprvé představena ve 1940. letech XNUMX. století a zpočátku používala elektricky ovládaný, hydraulicky poháněný systém; Technologie malých elektromotorů (velikost, výkon a ovládání) nebyla dostatečně vyspělá, aby umožnila zabudování motorů do dveří. Mechanismus, který pohybuje oknem nahoru a dolů, se nazývá okenní regulátor. Používají se dva základní typy okenních regulátorů: kabelový typ a typ s ozubeným převodem.
V 1960. letech však byl Cadillac Fleetwood standardem s okny poháněnými výhradně elektrickými motory a během asi deseti let byla elektricky ovládaná okna standardním prvkem většiny automobilů – poměrně rychlé tempo masového přijetí.
Na přelomu století se dveře auta proměnily v komplexní elektromechanický subsystém se všemi funkcemi aktivovanými elektronicky a realizovanými elektricky. (Obr. 2), bez plně mechanického zálohovacího systému. (Nastalo přechodné období, kdy dveře a okna měly elektrické i mechanické ovládání, aby se překonalo váhání zákazníků a poskytl faktor pohodlí.) Dnešní subsystémy dveří automobilů jsou tak pokročilé, že mají dokonce i monitory napětí specifické pro aplikaci. 4
Door-Zone IC
L99DZ200G obsahuje dva konfigurovatelné poloviční můstky (7.5 A), dva další poloviční můstky (0.5 A), hradlový ovladač pro externí MOSFET pro ovládání vyhřívání zrcátek, řídicí blok a vysokorychlostní ovladač pro elektrochromické stmívání zrcátek a pět LED high-side driverů (Obr. 3).
Tři z horních budičů mohou pracovat v režimu konstantního proudu pro napájení osvětlovacích modulů, které mají vysokou vstupní kapacitu; další dva high-side drivery jsou vhodné pro ovládání běžných LED. L99DZ200G také poskytuje správu napájení se dvěma 5V regulátory s nízkým výpadkem pro hostitelský mikrokontrolér a periferní zařízení. Připojení pro ovládání a komunikaci zahrnuje transceiver LIN 2.2a, vysokorychlostní transceiver CAN a rozhraní SPI 4.0.
Se svými dvěma můstkovými ovladači je L99DZ200G schopen ovládat dva vřetenové motory současně a ovládat třetí takzvaný „cinch motor“ pro zavírání poháněných zadních dveří nebo kufru. Toto třímotorové ovládání lze použít k automatickému otevírání a zavírání kufru auta.
Aby toho bylo dosaženo, dva vřetenové motory běží paralelně a ve stejném směru a pohybují dveřmi zavazadlového prostoru nahoru a dolů, zatímco motor cinch se aktivuje, jakmile je pohyb zavazadlového prostoru dokončen, aby se dveře zavazadlového prostoru zamkli/odemkli. Oba ovladače umožňují provoz v režimu generátoru, který aktivuje oba nízkofrekvenční MOSFETy současně, aby chránil zařízení, pokud je v napájecí liště detekováno přepětí.
Tento poslední bod souvisí s jemností, která zdůrazňuje realitu přechodu od návrhu ke skutečné výrobní lince. Výrobci automobilů musí tradičně chránit své poháněné ovladače kufru před ruční manipulací na konci výrobního procesu: Když stroje nebo pracovníci ručně zvednou kufr, automaticky to roztočí motory a změní je na generátor, který vytvoří napěťovou špičku na kolíku řidiče integrovaného obvodu. které pak mohou tuto součást zničit.
Ochranné funkce
K vyřešení tohoto problému návrháři přidávají vhodné součásti ochrany. L99DZ200G nabízí nové řešení v podobě režimu generátoru, který zapíná externí MOSFET na nízké straně zařízení, když motory začnou fungovat jako generátor. Když k tomu dojde, zařízení zablokuje motory, aby se zabránilo napěťové špičce. Návrháři tak již nemusí přidávat externí komponenty, aby se vypořádali s touto konkrétní situací.
Diagnostické a ochranné funkce zahrnují monitorování teploty a tepelnou ochranu, vyhrazený blok zabezpečený proti selhání pro stahování hradel externích MOSFET na vyšší straně a detekci otevřené zátěže a nadproudu pro všechny výstupy. Pro každý kanál vyšší úrovně je k dispozici výstupní kolík proudového monitoru. Obnova nadproudu a tepelné expirace umožňují automatické obnovení provozu po poruše.
K dispozici jsou také funkce ochrany proti přebití baterie a funkce zabezpečení systému, včetně konfigurovatelného hlídacího systému oken a programovatelného generátoru resetování. Zařízení splňuje automobilové standardy, protože toleruje 25 kV na kolíku LIN a 15 kV na kolíku CAN, což eliminuje potřebu externích ochranných komponent.
Eval Board
Návrháři, kteří uvažují o použití vysoce funkčního komponentu, jako je tento, by velmi těžili z pohodlného způsobu nastavení a použití. Z tohoto důvodu ST nabízí vyhodnocovací desku EVAL-L99DZ200 (Obr. 4), s dokumentací včetně schématu, výkresů vrstev desky a kusovníku.
Systém spočívá na základní desce (150 × 120 mm) s mikrokontrolérem SPC582B60, zatímco L99DZ200G je umístěn na dceřiné desce 36.8 × 35.6 mm. (Obr. 5). Platforma obsahuje ochranu proti zpětnému chodu baterie a dva plné můstky vyrobené ze čtyř výkonových MOSFETů. Grafické uživatelské rozhraní STSW-L99DZ200 umožňuje uživateli nastavit parametry ovládání L99DZ200G a současně zobrazovat diagnostické informace v reálném čase, jako je aktuální výstup a monitorování napětí baterie.
L100DZ99G s kvalifikací AEC-Q200 je nyní ve výrobě, zabalený jako zařízení LQFP10 o rozměrech 10 × 64 mm. Cena začíná od 4.20 $ pro objednávky 1000 kusů. Domovská stránka L99DZ200G obsahuje odkazy na 198stránkový datový list (ano, má 198 stran), různé aplikační poznámky včetně obsáhlé 22stránkové technické poznámky TN1354 „L99DZ200G pohánějící tři motory se dvěma H-můstky: konfigurace a případy použití“ a více. K dispozici je také důmyslný blogový příspěvek „L99DZ200G: Jak jeden ovladač předních dveří může také napájet zadní okno, elektrický kufr a další“.
