【導讀】傳統的汽車(chē)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(chē)之外（混合動(dòng)力與純電動(dòng)車(chē)），就算是燃油車(chē)也在車(chē)身內部與外觀(guān)上使用越來(lái)越多的電子零組件。本文將為您介紹汽車(chē)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。
從內到外翻轉汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的電子化發(fā)展
汽車(chē)的電子化、電氣化并不僅是單純的指燃油車(chē)朝向電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展，事實(shí)上，就算是傳統的燃油車(chē)，也持續在汽車(chē)內部與外部朝向電子化發(fā)展，像是了信息娛樂(lè )系統、車(chē)輛控制系統、安全輔助駕駛系統、儀表板、內部照明與裝飾、外部燈光照明系統等，也采用了越來(lái)越多的電子零組件，已經(jīng)大幅地改變了傳統汽車(chē)的設計思維，汽車(chē)從內到外也都呈現出不同的形式與樣貌。
此外，除了純電動(dòng)車(chē)外，一些混合動(dòng)力的汽車(chē)也陸續問(wèn)世，同時(shí)結合了燃油車(chē)與電動(dòng)車(chē)的優(yōu)點(diǎn)，當在高速行駛時(shí)采用內燃機動(dòng)力，并同時(shí)回收動(dòng)能對電池充電，在汽車(chē)慢速、怠速行駛時(shí)，則采用電池驅動(dòng)，以減少燃油的消耗。一般來(lái)說(shuō)，混合動(dòng)力汽車(chē)普遍比同型純內燃機的車(chē)輛有更好的燃油效率及加速表現，而缺點(diǎn)在于售價(jià)較高、動(dòng)力系統占用空間較大、電池的壽命受限等問(wèn)題。
另一方面，汽車(chē)的智能化發(fā)展也并不是電動(dòng)汽車(chē)的專(zhuān)屬功能，傳統燃油車(chē)或混合動(dòng)力汽車(chē)，也同時(shí)朝向聯(lián)網(wǎng)與自動(dòng)駕駛方向發(fā)展，汽車(chē)擁有越來(lái)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(chē)必須采用越來(lái)越多的電子零組件，這對電子產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)是龐大的市場(chǎng)機遇。
具有汽車(chē)CAN FD Light接口的32通道O/LED驅動(dòng)器
目前的汽車(chē)外部照明，已經(jīng)采用越來(lái)越多的O/LED來(lái)進(jìn)行尾燈設計，為汽車(chē)外觀(guān)呈現出更具未來(lái)感的造型。由ST推出的L99LDLH32是一款32通道恒流調節器，專(zhuān)為汽車(chē)外部小電流O/LED車(chē)燈的應用。由于輸出通道的高側配置，其適用于驅動(dòng)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調節，以獨立調節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 )，可應用于現今汽車(chē)的照明系統之中，并已經(jīng)證明了這種基于CAN的輕量級網(wǎng)絡(luò )能夠滿(mǎn)足系統的需求并具備優(yōu)勢，可實(shí)現高速數據傳輸（高達1 Mbit/s），并使用CAN FD長(cháng)幀通信結構。支持最大128PCS的級聯(lián)，兼容大數據像素的使用場(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(xiàn)模式下運行，使用可編程的EEPROM（FTP）存儲器可以設置2種獨立模式（Limp Home），兼容外接端口Din/CAN BUS/power line 3種PWM調光模式。
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、草案規范建議（DSP），采用QFN48L 7x7外露焊盤(pán)封裝，以及用于Limp Home（跛行模式）的超時(shí)看門(mén)狗，具有低待機電流，以及獨立／故障安全和總線(xiàn)模式操作，可直接驅動(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器，可實(shí)現最廣泛的可配置性，工作電源電壓范圍為5.5 V – 40 V。
L99LDLH32的線(xiàn)性穩壓器部分可在-40℃– 150℃的工作溫度范圍運作，可向外部預調節器反饋電壓，以?xún)?yōu)化調節電壓，最大限度地降低整體功耗，并通過(guò)8位DAC設置每個(gè)通道的電流，支持模擬調光、8位PWM通道獨立指數亮度控制和8位全局PWM調光，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(xiàn)專(zhuān)用線(xiàn)，提供溫度警告、過(guò)溫關(guān)斷（2個(gè)溫度閾值），短路和開(kāi)路負載檢測和保護，并可通過(guò)外部NTC測量和器件結溫（TJ）自動(dòng)降低LED電流。芯片內部集成一個(gè)溫度傳感器，并支持外接一個(gè)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(chē)燈的安全和穩定的使用。
L99LDLH32支持控制多達2個(gè)單獨的照明功能，每個(gè)通道可以映像或不映像到直接輸入，以及通過(guò)預調節的外部電源電壓，此功能確保了最高靈活性的控制由不同O/LED類(lèi)型、電流和燈串長(cháng)度組成的不同照明功能，可用于汽車(chē)O/LED尾燈與汽車(chē)環(huán)境照明等應用。
BMS提供完整的電池監控與保護功能
汽車(chē)電池管理系統（BMS）必須能夠滿(mǎn)足多種關(guān)鍵功能，例如電壓、溫度和電流監控、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域之外進(jìn)行操作時(shí)的安全性，并通過(guò)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(lái)監控電池。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(chē)（BEV）的行駛里程。
ST的汽車(chē)BMS解決方案是專(zhuān)為滿(mǎn)足苛刻的設計要求而設計，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節串聯(lián)電池提供最高精度測量監控和診斷功能，并完全符合嚴格的汽車(chē)安全ISO26262標準與ASIL-D系統合規性。
ST的L9963E是一款鋰離子電池監控和保護芯片，適用于高可靠性汽車(chē)應用和儲能系統，可串聯(lián)測量4到14個(gè)電池，以滿(mǎn)足48 V及更高電壓系統的要求，可高精度測量每個(gè)電池電壓，以及用于片上庫侖計數的電流，該器件最多可以監控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、遠距離、可靠的數據傳輸等特點(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，平衡可以根據內部定時(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(chē)MCU系列、電源管理和系統基礎IC、VIPower智能開(kāi)關(guān)、各種保護器件和用于數據記錄的汽車(chē)EEPROM，ST提供了一個(gè)全面而靈活的解決方案，來(lái)支持客戶(hù)的汽車(chē)級電池管理系統設計。
ST的L9963電池監控和保護IC可以處理多達14個(gè)鋰離子電池單元，并且可以垂直堆棧以監控多達15個(gè)電池組，對應于幾百伏的標稱(chēng)電池電壓，并以16位分辨率監控單節電池或電池組的電壓、電流和溫度。
L9963適合由SPC5系列汽車(chē)MCU的微控制器輔助，根據通過(guò)一個(gè)或多個(gè)L9963收集的數據，執行電池平衡和SOH以及SOC計算。此BMS解決方案采用SPC57 4S系列的高性能MCU構建，具有高達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℃。
根據最終應用在性能和安全級別方面的要求，所提出的實(shí)施方案可以適應各種ST的汽車(chē)MCU。SPC58 G系列可以實(shí)現最高的整體性能，最多支持三個(gè)內核和高達6Mbyte的內存大小，并增加了符合EVITA和SHE標準的硬件安全性。L9963的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)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。
結語(yǔ)
在汽車(chē)電子化與電氣化發(fā)展的驅使之下，無(wú)論是傳統燃油車(chē)、混合動(dòng)力汽車(chē)還是純電動(dòng)車(chē)，汽車(chē)將越來(lái)越安全、越智能，這些改變?yōu)槠?chē)的設計帶來(lái)了嶄新的樣貌，也為電子產(chǎn)業(yè)帶來(lái)龐大的商機。本文介紹的幾款ST產(chǎn)品僅只是汽車(chē)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(chē)產(chǎn)業(yè)的藍海新商機。
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