【導(dǎo)讀】傳統(tǒng)的汽車產(chǎn)業(yè)已經(jīng)逐漸朝向電子化、電氣化發(fā)展，除了各式各樣的電動(dòng)汽車之外（混合動(dòng)力與純電動(dòng)車），就算是燃油車也在車身內(nèi)部與外觀上使用越來(lái)越多的電子零組件。本文將為您介紹汽車電子化、電氣化的發(fā)展方向，以及由ST（意法半導(dǎo)體）所推出相關(guān)產(chǎn)品的功能特性。
從內(nèi)到外翻轉(zhuǎn)汽車產(chǎn)業(yè)的電子化發(fā)展
汽車的電子化、電氣化并不僅是單純的指燃油車朝向電動(dòng)汽車發(fā)展，事實(shí)上，就算是傳統(tǒng)的燃油車，也持續(xù)在汽車內(nèi)部與外部朝向電子化發(fā)展，像是了信息娛樂(lè)系統(tǒng)、車輛控制系統(tǒng)、安全輔助駕駛系統(tǒng)、儀表板、內(nèi)部照明與裝飾、外部燈光照明系統(tǒng)等，也采用了越來(lái)越多的電子零組件，已經(jīng)大幅地改變了傳統(tǒng)汽車的設(shè)計(jì)思維，汽車從內(nèi)到外也都呈現(xiàn)出不同的形式與樣貌。
此外，除了純電動(dòng)車外，一些混合動(dòng)力的汽車也陸續(xù)問(wèn)世，同時(shí)結(jié)合了燃油車與電動(dòng)車的優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)在高速行駛時(shí)采用內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力，并同時(shí)回收動(dòng)能對(duì)電池充電，在汽車慢速、怠速行駛時(shí)，則采用電池驅(qū)動(dòng)，以減少燃油的消耗。一般來(lái)說(shuō)，混合動(dòng)力汽車普遍比同型純內(nèi)燃機(jī)的車輛有更好的燃油效率及加速表現(xiàn)，而缺點(diǎn)在于售價(jià)較高、動(dòng)力系統(tǒng)占用空間較大、電池的壽命受限等問(wèn)題。
另一方面，汽車的智能化發(fā)展也并不是電動(dòng)汽車的專屬功能，傳統(tǒng)燃油車或混合動(dòng)力汽車，也同時(shí)朝向聯(lián)網(wǎng)與自動(dòng)駕駛方向發(fā)展，汽車擁有越來(lái)越多智能，能夠減輕駕駛負(fù)擔(dān)，提供更高的安全性，這也使得汽車必須采用越來(lái)越多的電子零組件，這對(duì)電子產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)是龐大的市場(chǎng)機(jī)遇。
具有汽車CAN FD Light接口的32通道O/LED驅(qū)動(dòng)器
目前的汽車外部照明，已經(jīng)采用越來(lái)越多的O/LED來(lái)進(jìn)行尾燈設(shè)計(jì)，為汽車外觀呈現(xiàn)出更具未來(lái)感的造型。由ST推出的L99LDLH32是一款32通道恒流調(diào)節(jié)器，專為汽車外部小電流O/LED車燈的應(yīng)用。由于輸出通道的高側(cè)配置，其適用于驅(qū)動(dòng)共陰極的O/LED面板。它可提供高達(dá)35 V的輸出涵蓋O/LED的廣泛分布，其32通道獨(dú)立的1 mA-15 mA的可編程電流及PWM調(diào)節(jié)，以獨(dú)立調(diào)節(jié)O/LED面板的每個(gè)像素。
如同該系列中的另一款器件（L99LDLL16），L99LDLH32采用兼容CAN FD的CAN FD Light通信網(wǎng)絡(luò)，可應(yīng)用于現(xiàn)今汽車的照明系統(tǒng)之中，并已經(jīng)證明了這種基于CAN的輕量級(jí)網(wǎng)絡(luò)能夠滿足系統(tǒng)的需求并具備優(yōu)勢(shì)，可實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸（高達(dá)1 Mbit/s），并使用CAN FD長(zhǎng)幀通信結(jié)構(gòu)。支持最大128PCS的級(jí)聯(lián)，兼容大數(shù)據(jù)像素的使用場(chǎng)所。
除了與CAN FD Light兼容的物理層外，該器件還集成了CAN收發(fā)器、LDO、振蕩器等，因此其外圍器件非常精簡(jiǎn)。L99LDLH32除了可以使用CAN FD Light兼容接口在總線模式下運(yùn)行，使用可編程的EEPROM（FTP）存儲(chǔ)器可以設(shè)置2種獨(dú)立模式（Limp Home），兼容外接端口Din/CAN BUS/power line 3種PWM調(diào)光模式。
L99LDLH32符合AEC-Q100標(biāo)準(zhǔn)，ASIL B安全等級(jí)，可從CAN in Automation（CiA）獲得CAN FD Light兼容串行接口、協(xié)議處理程序、草案規(guī)范建議（DSP），采用QFN48L 7x7外露焊盤封裝，以及用于Limp Home（跛行模式）的超時(shí)看門狗，具有低待機(jī)電流，以及獨(dú)立／故障安全和總線模式操作，可直接驅(qū)動(dòng)（1個(gè)直接輸入）用于支持ASIL要求的1個(gè)功能組，通過(guò)嵌入式非易失性和易失性存儲(chǔ)器，可實(shí)現(xiàn)最廣泛的可配置性，工作電源電壓范圍為5.5 V – 40 V。
L99LDLH32的線性穩(wěn)壓器部分可在-40℃– 150℃的工作溫度范圍運(yùn)作，可向外部預(yù)調(diào)節(jié)器反饋電壓，以優(yōu)化調(diào)節(jié)電壓，最大限度地降低整體功耗，并通過(guò)8位DAC設(shè)置每個(gè)通道的電流，支持模擬調(diào)光、8位PWM通道獨(dú)立指數(shù)亮度控制和8位全局PWM調(diào)光，以及可編程PWM頻率，具有緩慢的開(kāi)啟／關(guān)閉時(shí)間、漸進(jìn)式輸出延遲和抖動(dòng)時(shí)鐘，以獲得更好的EMC性能。
L99LDLH32集成8位ADC，可用于全面、靈活的診斷，具有1條故障總線專用線，提供溫度警告、過(guò)溫關(guān)斷（2個(gè)溫度閾值），短路和開(kāi)路負(fù)載檢測(cè)和保護(hù)，并可通過(guò)外部NTC測(cè)量和器件結(jié)溫（TJ）自動(dòng)降低LED電流。芯片內(nèi)部集成一個(gè)溫度傳感器，并支持外接一個(gè)熱敏電阻測(cè)量外部環(huán)境溫度，雙溫度多重保護(hù)和診斷功能可確保車燈的安全和穩(wěn)定的使用。
L99LDLH32支持控制多達(dá)2個(gè)單獨(dú)的照明功能，每個(gè)通道可以映像或不映像到直接輸入，以及通過(guò)預(yù)調(diào)節(jié)的外部電源電壓，此功能確保了最高靈活性的控制由不同O/LED類型、電流和燈串長(zhǎng)度組成的不同照明功能，可用于汽車O/LED尾燈與汽車環(huán)境照明等應(yīng)用。
BMS提供完整的電池監(jiān)控與保護(hù)功能
汽車電池管理系統(tǒng)（BMS）必須能夠滿足多種關(guān)鍵功能，例如電壓、溫度和電流監(jiān)控、電池充電狀態(tài)（SoC）和鋰離子（Li-ion）電池的電池平衡。BMS需要具備電池保護(hù)功能，以防止在其安全操作區(qū)域之外進(jìn)行操作時(shí)的安全性，并通過(guò)估計(jì)充電和放電期間的電池組充電狀態(tài)（SoC）和健康狀態(tài)（SoH）來(lái)監(jiān)控電池。電池優(yōu)化得益于電池平衡功能，可提高電池壽命和容量，從而優(yōu)化混合動(dòng)力（HEV）、插電式（PHEV）和純電動(dòng)汽車（BEV）的行駛里程。
ST的汽車BMS解決方案是專為滿足苛刻的設(shè)計(jì)要求而設(shè)計(jì)，提供高度集成的解決方案，采用新型高度集成的電池管理IC L9963E，以及其配套的隔離式收發(fā)器L9963T，能夠在單向或雙向菊花鏈配置、嵌入復(fù)雜電池的情況下，對(duì)多達(dá)14節(jié)串聯(lián)電池提供最高精度測(cè)量監(jiān)控和診斷功能，并完全符合嚴(yán)格的汽車安全I(xiàn)SO26262標(biāo)準(zhǔn)與ASIL-D系統(tǒng)合規(guī)性。
ST的L9963E是一款鋰離子電池監(jiān)控和保護(hù)芯片，適用于高可靠性汽車應(yīng)用和儲(chǔ)能系統(tǒng)，可串聯(lián)測(cè)量4到14個(gè)電池，以滿足48 V及更高電壓系統(tǒng)的要求，可高精度測(cè)量每個(gè)電池電壓，以及用于片上庫(kù)侖計(jì)數(shù)的電流，該器件最多可以監(jiān)控7個(gè)NTC，信息透過(guò)SPI通信或隔離接口傳輸。
多個(gè)L9963E可以采菊花鏈連接，通過(guò)變壓器隔離接口與一個(gè)主處理器通信，具有高速、低EMI、遠(yuǎn)距離、可靠的數(shù)據(jù)傳輸?shù)忍攸c(diǎn)。在正常和低功耗模式（靜默平衡）中，均提供具有可編程通道選擇的被動(dòng)平衡，平衡可以根據(jù)內(nèi)部定時(shí)器中斷自動(dòng)終止，集成了9個(gè)GPIO，可用于外部監(jiān)控，L9963E具有一套全面的故障檢測(cè)和通知功能，可符合AEC-Q100安全標(biāo)準(zhǔn)要求。
搭配微控制器提供電池模塊完整的保護(hù)
此外，搭配ST的32位汽車MCU系列、電源管理和系統(tǒng)基礎(chǔ)IC、VIPower智能開(kāi)關(guān)、各種保護(hù)器件和用于數(shù)據(jù)記錄的汽車EEPROM，ST提供了一個(gè)全面而靈活的解決方案，來(lái)支持客戶的汽車級(jí)電池管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
ST的L9963電池監(jiān)控和保護(hù)IC可以處理多達(dá)14個(gè)鋰離子電池單元，并且可以垂直堆棧以監(jiān)控多達(dá)15個(gè)電池組，對(duì)應(yīng)于幾百伏的標(biāo)稱電池電壓，并以16位分辨率監(jiān)控單節(jié)電池或電池組的電壓、電流和溫度。
L9963適合由SPC5系列汽車MCU的微控制器輔助，根據(jù)通過(guò)一個(gè)或多個(gè)L9963收集的數(shù)據(jù)，執(zhí)行電池平衡和SOH以及SOC計(jì)算。此BMS解決方案采用SPC57 4S系列的高性能MCU構(gòu)建，具有高達(dá)1.5 MB的閃存和128 KB的RAM。該MCU具有兩個(gè)CAN-FD接口、8個(gè)具有廣泛觸發(fā)能力的增強(qiáng)型12位ADC，支持ASIL-D功能安全標(biāo)準(zhǔn)，并且采用QFP100封裝，工作溫度高達(dá)150℃。
根據(jù)最終應(yīng)用在性能和安全級(jí)別方面的要求，所提出的實(shí)施方案可以適應(yīng)各種ST的汽車MCU。SPC58 G系列可以實(shí)現(xiàn)最高的整體性能，最多支持三個(gè)內(nèi)核和高達(dá)6Mbyte的內(nèi)存大小，并增加了符合EVITA和SHE標(biāo)準(zhǔn)的硬件安全性。L9963的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是通用通信接口與BMS應(yīng)用中，與采用變壓器或電容器的隔離技術(shù)兼容，器件可在不同電壓域中工作。
結(jié)語(yǔ)
在汽車電子化與電氣化發(fā)展的驅(qū)使之下，無(wú)論是傳統(tǒng)燃油車、混合動(dòng)力汽車還是純電動(dòng)車，汽車將越來(lái)越安全、越智能，這些改變?yōu)槠嚨脑O(shè)計(jì)帶來(lái)了嶄新的樣貌，也為電子產(chǎn)業(yè)帶來(lái)龐大的商機(jī)。本文介紹的幾款ST產(chǎn)品僅只是汽車電子化的縮影，仍有更多龐大的市場(chǎng)與空間，值得大家發(fā)揮創(chuàng)意，搶進(jìn)汽車產(chǎn)業(yè)的藍(lán)海新商機(jī)。
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