【導讀】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汽車之外（混合動力與純電動車），就算是燃油車也在車身內(nèi)部與外觀上使用越來越多的電子零組件。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汽車發(fā)展，事實上，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，除了純電動車外，一些混合動力的汽車也陸續(xù)問世，同時結(jié)合了燃油車與電動車的優(yōu)點，當在高速行駛時采用內(nèi)燃機動力，并同時回收動能對電池充電，在汽車慢速、怠速行駛時，則采用電池驅(qū)動，以減少燃油的消耗。一般來說，混合動力汽車普遍比同型純內(nèi)燃機的車輛有更好的燃油效率及加速表現(xiàn)，而缺點在于售價較高、動力系統(tǒng)占用空間較大、電池的壽命受限等問題。
另一方面，汽車的智能化發(fā)展也并不是電動汽車的專屬功能，傳統(tǒng)燃油車或混合動力汽車，也同時朝向聯(lián)網(wǎng)與自動駕駛方向發(fā)展，汽車擁有越來越多智能，能夠減輕駕駛負擔，提供更高的安全性，這也使得汽車必須采用越來越多的電子零組件，這對電子產(chǎn)業(yè)來說是龐大的市場機遇。
具有汽車CAN FD Light接口的32通道O/LED驅(qū)動器
目前的汽車外部照明，已經(jīng)采用越來越多的O/LED來進行尾燈設(shè)計，為汽車外觀呈現(xiàn)出更具未來感的造型。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車燈的應用。由于輸出通道的高側(cè)配置，其適用于驅(qū)動共陰極的O/LED面板。它可提供高達35 V的輸出涵蓋O/LED的廣泛分布，其32通道獨立的1 mA-15 mA的可編程電流及PWM調(diào)節(jié)，以獨立調(diào)節(jié)O/LED面板的每個像素。
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的輕量級網(wǎng)絡(luò)能夠滿足系統(tǒng)的需求并具備優(yōu)勢，可實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸（高達1 Mbit/s），并使用CAN FD長幀通信結(jié)構(gòu)。支持最大128PCS的級聯(lián)，兼容大數(shù)據(jù)像素的使用場所。
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。L99LDLH32除了可以使用CAN FD Light兼容接口在總線模式下運行，使用可編程的EEPROM（FTP）存儲器可以設(shè)置2種獨立模式（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標準，ASIL B安全等級，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）的超時看門狗，具有低待機電流，以及獨立／故障安全和總線模式操作，可直接驅(qū)動（1個直接輸入）用于支持ASIL要求的1個功能組，通過嵌入式非易失性和易失性存儲器，可實現(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℃的工作溫度范圍運作，可向外部預調(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8位DAC設(shè)置每個通道的電流，支持模擬調(diào)光、8位PWM通道獨立指數(shù)亮度控制和8位全局PWM調(diào)光，以及可編程PWM頻率，具有緩慢的開啟／關(guān)閉時間、漸進式輸出延遲和抖動時鐘，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、過溫關(guān)斷（2個溫度閾值），短路和開路負載檢測和保護，并可通過外部NTC測量和器件結(jié)溫（TJ）自動降低LED電流。芯片內(nèi)部集成一個溫度傳感器，并支持外接一個熱敏電阻測量外部環(huán)境溫度，雙溫度多重保護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2個單獨的照明功能，每個通道可以映像或不映像到直接輸入，以及通過預調(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)境照明等應用。
BMS提供完整的電池監(jiān)控與保護功能
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需要具備電池保護功能，以防止在其安全操作區(qū)域之外進行操作時的安全性，并通過估計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)化混合動力（HEV）、插電式（PHEV）和純電動汽車（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)計要求而設(shè)計，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、嵌入復雜電池的情況下，對多達14節(jié)串聯(lián)電池提供最高精度測量監(jiān)控和診斷功能，并完全符合嚴格的汽車安全ISO26262標準與ASIL-D系統(tǒng)合規(guī)性。
ST的L9963E是一款鋰離子電池監(jiān)控和保護芯片，適用于高可靠性汽車應用和儲能系統(tǒng)，可串聯(lián)測量4到14個電池，以滿足48 V及更高電壓系統(tǒng)的要求，可高精度測量每個電池電壓，以及用于片上庫侖計數(shù)的電流，該器件最多可以監(jiān)控7個NTC，信息透過SPI通信或隔離接口傳輸。
多個L9963E可以采菊花鏈連接，通過變壓器隔離接口與一個主處理器通信，具有高速、低EMI、遠距離、可靠的數(shù)據(jù)傳輸?shù)忍攸c。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平衡，平衡可以根據(jù)內(nèi)部定時器中斷自動終止，集成了9個GPIO，可用于外部監(jiān)控，L9963E具有一套全面的故障檢測和通知功能，可符合AEC-Q100安全標準要求。
搭配微控制器提供電池模塊完整的保護
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智能開關(guān)、各種保護器件和用于數(shù)據(jù)記錄的汽車EEPROM，ST提供了一個全面而靈活的解決方案，來支持客戶的汽車級電池管理系統(tǒng)設(shè)計。
ST的L9963電池監(jiān)控和保護IC可以處理多達14個鋰離子電池單元，并且可以垂直堆棧以監(jiān)控多達15個電池組，對應于幾百伏的標稱電池電壓，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)通過一個或多個L9963收集的數(shù)據(jù)，執(zhí)行電池平衡和SOH以及SOC計算。此BMS解決方案采用SPC57 4S系列的高性能MCU構(gòu)建，具有高達1.5 MB的閃存和128 KB的RAM。該MCU具有兩個CAN-FD接口、8個具有廣泛觸發(fā)能力的增強型12位ADC，支持ASIL-D功能安全標準，并且采用QFP100封裝，工作溫度高達150℃。
根據(jù)最終應用在性能和安全級別方面的要求，所提出的實施方案可以適應各種ST的汽車MCU。SPC58 G系列可以實現(xiàn)最高的整體性能，最多支持三個內(nèi)核和高達6Mbyte的內(nèi)存大小，并增加了符合EVITA和SHE標準的硬件安全性。L9963的另一個優(yōu)點是通用通信接口與BMS應用中，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
在汽車電子化與電氣化發(fā)展的驅(qū)使之下，無論是傳統(tǒng)燃油車、混合動力汽車還是純電動車，汽車將越來越安全、越智能，這些改變?yōu)槠嚨脑O(shè)計帶來了嶄新的樣貌，也為電子產(chǎn)業(yè)帶來龐大的商機。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與空間，值得大家發(fā)揮創(chuàng)意，搶進汽車產(chǎn)業(yè)的藍海新商機。
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