Вход |  Регистрация
 
 
Время электроники Четверг, 15 ноября
 
 


Это интересно!

Ранее

Самовосстанавливающиеся предохранители для автомобильной электроники

В статье освещены вопросы разработки и использования в автомобильной промышленности самовосстанавливающихся предохранителей (СВП) для защиты электрических цепей электрооборудования автомобилей. Приведены основные характеристики элементов Polyswitch и отражены возможности их использования в автомобильных устройствах. Отмечено, что в России разработкой и организацией производства СВП занимается ФГУП НИИЭМП.

Улучшение электромагнитной совместимости увеличивает безопасность автомобильных сетей

За последние годы количество электроники в автомобиле значительно возросло. Эта тенденция сохраняется наряду с интеграцией дополнительных функций, предназначенных для повышения безопасности, эффективности, надежности и удобства, а также для снижения вредных выбросов в атмосферу. Та же тенденция связана с возрастанием требований к шинным системам, что позволяет обеспечить надежную связь между большинством различных блоков управления. В частности, приложения с особыми требованиями к безопасности, управляемые с помощью таких шинных систем как CAN или FlexRay, должны удовлетворять самым жестким требованиям по ЭМС. Синфазные дроссели (Common mode chokes — CMC) в линиях передачи данных позволяют повысить защиту от сбоев, связанных с проблемами ЭМС.

Микроконтроллеры улучшают безопасность электронных схем управления автомобилей

Проблема повышения безопасности электронных систем управления автомобилей приобретает все большее значение в связи с усложнением узлов, применяемых в транспортных средствах и оснащением электронных блоков новыми функциями. В статье рассмотрены основные требования по безопасности, предъявляемые к электронным блокам управления на базе микроконтроллеров. Среди микроконтроллеров, применяемых в автомобильных электронных системах, прибор TMS570 компании Texas Instruments отличается высоконадежной двухядерной архитектурой, которая обеспечивает выполнение требований стандарта IEC 61508 по третьему уровню безопасности систем SIL3.

 

15 мая

Автомобильные линейные регуляторы напряжения позволяют минимизировать ток потребления

В этой статье обсуждается вопрос минимизации собственного тока потребления электронных систем современного автомобиля, и предлагаются некоторые решения с использованием линейного регулятора напряжения.





Вы можете скачать эту статью в формате pdf здесь.

Скрыть/показать html версию статьи
background image
83
электронные компоненты №5 2008
За последние годы многие механические функции авто-
мобиля были заменены или модифицированы с помощью
электронных цепей. Одним из последствий таких перемен
стало быстрое увеличение числа микроконтроллеров в
машине, что, в свою очередь, привело к такому же увеличе-
нию потребляемого тока от автомобильного аккумулятора.
До тех пор пока двигатель и генератор работают должным
образом, не возникает проблемы с возросшим энергопо-
треблением. При выключении двигателя аккумуляторная
батарея должна по-прежнему снабжать током все подси-
стемы автомобиля: электродвигатели стеклоочистителей,
стеклоподъемники, радиоприемники и плееры, а также дру-
гие электронные системы, использующиеся в большинстве
автомобилей для обеспечения комфорта. Даже если машину
покинули все пассажиры, многие системы потребляют ток,
чтобы быть готовыми к работе в случае необходимости. Для
минимизации этих токов необходимы линейные регуляторы
с малым собственным током потребления, а также комбина-
ции линейных и импульсных регуляторов.
Генераторы обеспечивают достаточную
мощность
Типичный автомобильный генератор обеспечивает
мощность около 3000 Вт. При выходном напряжении 14 В
потребляемый ток может составить более 200 А. Даже если
кондиционер воздуха включить на полную мощность, а
радио будет греметь на весь салон, генератор в состоянии
обеспечить необходимую мощность. В этом случае вопрос
о токах покоя не возникает. Однако что происходит, когда
двигатель выключен?
Лишь в течение некоторого времени аккумуляторная
батарея может обеспечить требуемую мощность. Основная
характеристика аккумулятора машины средней величины —
его емкость, измеряемая в ампер-часах (A∙ч). Типичное
значение емкости аккумулятора автомобилей особо малого
класса составляет около 50 A∙ч. Теоретически это обеспе-
чивает возможность потребления тока величиной 1 А на
протяжении 50 ч. Увеличение тока в два раза уменьшает
это время наполовину. При повороте ключа зажигания,
например, потребляется ток в несколько сот ампер, но лишь
в течение короткого времени. Считая, что при повороте
ключа зажигания средняя величина тока потребления равна
300 А, для запуска двигателя есть 10 мин (за это время акку-
мулятор полностью разрядится).
Другой пример — освещение. Обычно две передние
фары автомобиля потребляют мощность по 50 Вт, а задние
фары — по 20 Вт. Вместе они потребляют 140 Вт. Если води-
тель, покидая машину, забудет их выключить, они будут
потреблять ток около 11,5 А при среднем напряжении в
12 В. Это значит, что полностью заряженный аккумулятор
разрядится через четыре часа. На практике фары погаснут
В этой статье обсуждается вопрос минимизации собственного тока потребления электронных систем совре-
менного автомобиля, и предлагаются некоторые решения с использованием линейного регулятора напряжения.
майкл крикл (Michael KricKl), Maxim Integrated Products
автомобильные линейные
регуляторы напряжения позволяют
минимизировать ток потребления
раньше этого времени, как и не будет 10 мин на запуск дви-
гателя.
Типичное значение емкости аккумулятора машины
находится в пределах от 36 до 100 A∙ч, в зависимости от раз-
мера автомобиля и его типа. Несколько факторов вызывают
снижение емкости. Например, понижение температуры
замедляет скорость химических реакций в батарее. При
–20°C емкость аккумулятора падает вдвое. По мере службы
емкость батареи уменьшается. Кроме того, аккумулятор
машины, на которой часто ездят на короткие расстояния,
разряжается намного быстрее, чем в автомобиле, который в
основном используется для дальних поездок. (Обычно тре-
буется ездить на машине по меньшей мере полчаса, чтобы
аккумулятор полностью перезарядился). У аккумулятора,
который разряжается чаще всего только на 30%, количество
зарядных циклов примерно равно 500. Таким образом,
короткие поездки способствуют более быстрой разрядке
батареи и укорачивают ее срок службы. Замену батареи
необходимо производить раз в пять лет.
на поддержание дежурных функций требуется
постоянный расход энерГии
Предположим, что стоит зима и в течение нескольких
недель температура ниже нуля. Вы уехали на машине, про-
изведенной четыре года назад и используемой в основном
для поездок по городу, в аэропорт, откуда затем улетели в
отпуск на три недели. Вернувшись, вы, вероятно, не смо-
жете завести автомобиль. Аккумулятор за это время сядет
не только из-за того, что машина проехала путь из города в
аэропорт, три недели стояла на стоянке и были морозы. Еще
одна скрытая причина разрядки батареи — непрерывный
расход энергии на поддержание постоянно действующих
функций современного автомобиля, среди которых назовем
лишь несколько: защита от угона, аварийная сигнализация,
отпирание дверей без ключа, измерение давления в шинах.
Более того, определенные узлы CAN-магистрали находятся
в постоянной готовности и потребляют электроэнергию.
В зависимости от производителя и суммарного числа
таких узлов суммарный собственный ток потребления
может достигать значений нескольких или даже 100 мА,
непрерывно потребляемых от батареи. Вернемся к примеру
с оставленной в аэропорту автомашиной: холодная погода,
перемещение автомобиля по городу и его возраст, возмож-
но, привели к снижению доступной емкости аккумулятора
на половину номинальной величины до 25 A∙ч. Считая, что
непрерывный собственный ток потребления равен всего
лишь 25 мА, за 21 день, проведенный машиной на парковке
в аэропорту, емкость батареи уменьшится на 12,6 A∙ч. Таким
образом, к концу вашего отпуска оставшаяся емкость соста-
вит четверть от начальной величины и ее может не хватить
для того, чтобы завести непрогретый двигатель.
background image
84
WWW.ELCP.RU
внимание: повышенное напряжение
Для решения проблемы, связанной со снижением
емкости, или разрядкой аккумулятора, в электронных
системах автомобиля — даже в тех, где не используются
дежурные функции, требуется возможность установить
такой режим питания, который позволил бы минимизиро-
вать собственный ток потребления. Небольшие линейные
КМОП-стабилизаторы, похоже, неплохо справляются с этой
задачей, т.к. собственный ток потребления нескольких таких
устройств очень незначительный. Например, устройство
MAX1725 потребляет всего лишь 2 мкА. К сожалению, одна-
ко, источник питания должен иметь широкий диапазон
входного напряжения для работы с т.н. импульсом сброса
нагрузки, представляющим собой короткий, но значитель-
ный импульс перенапряжения, появляющийся в результате
отсоединения батареи во время работы генератора.
Из-за того, что контур управления генератора реагирует
недостаточно быстро, при отключении батареи генериру-
ется импульс выходного напряжения высокой амплитуды.
Этот импульс обычно подавляется ограничителями напря-
жений, но производители автомобилей обращают внимание
поставщиков на то, что на входе источников питания воз-
можно появление импульса перенапряжения. Эта характе-
ристика разная у разных производителей, но типичное мак-
симальное значение для легковых автомобилей составляет
36 и 58 В — для грузовиков. Продолжительность типичного
импульса сброса нагрузки равна нескольким десятым
секунды (см. рисунок 1).
рассеяние мощности и температура
Из-за высокого входного напряжения линейный стабили-
затор должен не только выдержать указанное напряжение,
но также рассеять значительную мощность. Возможно, пре-
образование типичного для автомобиля входного напря-
жения величиной 13 в 5 В при токе 50 мА не представляет
особой трудности, т.к. рассеиваемая мощность стандартно-
го корпуса SO8 равна всего лишь 400 мВт и не превышает
максимально допустимого значения. Однако в описанном
выше случае величина рассеиваемой мощности при пере-
напряжении в 36 В превышает 1,5 Вт.
Количество рассеиваемой мощности всех корпусов
уменьшается с увеличением температуры. В этом случае
ИС стабилизатора, выполненного в стандартном кор-
пусе SO8, быстро переходит в режим тепловой защиты.
Стабилизатор выдерживает нагрузку и возобновляет
работу после охлаждения, однако эта мера не помогает,
т.к. необходимо, чтобы его функционирование было посто-
янным. Используемым в автомобилях линейным стабили-
заторам требуются усовершенствованные корпуса для
рассеяния большой мощности.
Стандартный линейный стабилизатор, подобный
MAX5084, предназначен для работы во всем автомобильном
температурном диапазоне. Диапазон входного напряжения
устройства равен 65 В, типичное значение собственного
тока потребления составляет 50 мкА, а гарантированная
величина выходного тока — 200 мА. Корпус TDFN этого
устройства имеет шесть выводов и открытую контактную
площадку, предназначенную для непрерывного рассеи-
вания мощности в 1,9 Вт при 70°C, однако (как и у всех
корпусов) данная способность ухудшается при более высо-
ких температурах (см. рисунок 2). При 125°C этот корпус
все еще в большей степени способен рассеивать энергию,
чем стандартный корпус SO8 при комнатной температуре.
К числу дополнительных возможностей этого устройства
относится функция регулирования напряжения прямо на
нагрузке, вывод SET, позволяющий задавать другие значения
выходным напряжениям, чем 3,3 и 5 В, и функция Enable.
Если функция ожидания не требуется, имеется возможность
отключить устройство, которое понижает типичный ток
источника питания до 6 мкА.
минимально возможный собственный ток потре-
бления для функций ожидания
Приемник системы бесключевого доступа (remote keyless
entry — RKE) (см. рисунок 3) всегда должен быть в активном
состоянии, чтобы в любой момент принять команды, пода-
ваемые удаленным контроллером брелока. Источник пита-
ния RKE-приемника не отключается, поэтому его собствен-
ный ток потребления должен быть минимальным, особенно
в режиме ожидания. После перевода в активное состояние
Рис. 1. Максимальное значение амплитуды (V
s
) этого типичного импульса
перенапряжения при сбросе нагрузки составляет 36 В для автомобилей и
58 В — для грузовиков. Его продолжительность (t
d
) равна нескольким сотням
миллисекунд
Рис. 2. Этот небольшой, но обладающий большими возможностями линейный
стабилизатор для автомобильных приложений выполнен в корпусе TDFN,
позволяющем рассеивать мощность до 1,9 Вт. При максимально разрешенной
температуре окружающей среды 125°C мощность рассеяния составляет
600 мВт
Рис. 3. Типичная RKE-система состоит из двух частей — установленной в
автомобиле и на брелоке (ключе). Поскольку блок источника питания системы
непосредственно подключен к батарее, его собственный ток потребления
должен быть невелик
background image
85
электронные компоненты №5 2008
источник должен обеспечивать требуемый уровень рабоче-
го тока.
Следовательно, необходимо оптимизировать блок
источника питания (на рисунке 3 вверху слева), сведя к
минимуму его собственный ток потребления. Помимо этого
остальные требования к блокам линейного стабилизатора
не столь строгие — он должен иметь вход, выход и земля-
ной контакт. Функции выключения и Enable не требуются,
т.к. приемник всегда включен. Внимательно рассмотрим, как
устанавливается выходное напряжение. Во многих линей-
ных стабилизаторах выходное напряжение устанавливается
с использованием внешнего резисторного делителя, одна-
ко для данного приложения этот вариант не оптимален.
Рассмотрим следующий сценарий.
РЧ-приемник MAX1470 работает от 3,3 В. Для обеспече-
ния невысокого тока покоя нельзя допустить большого тока
смещения в резисторном делителе. Для максимального тока
в 2 мкА сопротивление делителя должно быть не менее
1,65 МОм. Эта величина доступна для чип-резисторов, одна-
ко использование больших значений имеет свои недостат-
ки — делитель становится чувствительным к искажениям,
которые могут повлиять на выходное напряжение линейно-
го стабилизатора.
Другим серьезным возражением против использования
внешних резисторных делителей является продолжитель-
ное отложение на печатной плате паразитного слоя грязи,
состоящей из частиц масла, пыли, испарившегося пластика и
т.д. Таким образом, высокий импеданс делителя со временем
уменьшается, по мере того как паразитный слой образует
параллельное сопротивление. Прямым следствием такого
загрязнения является медленное, но непрерывное измене-
ние выходного напряжения и устойчивый рост тока покоя.
По этой причине использование линейных стабилизаторов с
внутренним делителем является предпочтительным.
Учитывая все приведенные соображения, можно счи-
тать, что линейный стабилизатор MAX15006 — правильный
выбор (см. рисунок 4). Его небольшой корпус TDFN с шестью
выводами способен рассеивать до 1,5 Вт мощности. Это
устройство обеспечивает фиксированное выходное напря-
жение величиной 3,3 или 5 В (другие значения доступны по
запросу). Диапазон входного напряжения MAX15006 (макси-
мальная величина которого 40 В) позволяет подключение
непосредственно к автомобильному аккумулятору, однако
главное преимущество состоит в сверхнизком значении
тока холостого хода (9,5 мкА, тип.). Для тока нагрузки в 1 мА
максимальный собственный ток потребления во всем авто-
мобильном температурном диапазоне составляет лишь 19 и
110 мкА — при максимальной токовой нагрузке в 50 мА. Это
приемлемая характеристика, поскольку в нашем примере
максимальная величина потребляемого тока для приемника
MAX1470 значительно ниже 10 мА.
проблемы рассеяния мощности
Для того чтобы уменьшить размер платы и стоимость
устройства, разработчики иногда не используют импульс-
ный источник питания, даже когда задача требует от
линейного стабилизатора максимально высокой способ-
ности к рассеянию мощности. Рассмотрим, к примеру,
блок управления, питающийся от напряжения 5 В. В его
состав обычно входят микроконтроллер, датчик и CAN-
драйвер или другое шинное интерфейсное устройство
с подключенной к нему аналоговой цепью. При полной
нагрузке блок управления электропитанием может
потреблять ток 150 мА.
Следовательно, линейный регулятор, номинальное
входное напряжение которого равно 13 В, рассеивает до
1,2 Вт, и эта величина может на короткое время вырасти
до 4 Вт при сбросе нагрузки. При работе с номинальным
напряжением в 26 В (в случае с грузовиком) регулятор
должен непрерывно рассеивать более 3 Вт. Для таких
автомобильных приложений разработан другой линей-
ный регулятор — MAX5087, выходной ток которого
достигает 400 мА. Это устройство поставляется в боль-
шем корпусе QFN размером 8 × 8 мм с 56-ю выводами,
Рис. 4. Этому автомобильному линейному стабилизатору требуется мини-
мальное количество выводов и внешних компонентов, минимальная площадь
платы и минимальный (типичный) ток холостого хода величиной 9,5 мкА
Рис. 5. Корпус QFN с 56-ю выводами позволяет повысить максимально рассеи-
ваемую мощность до 3,8 Вт
Рис. 6. Этот автомобильный регулятор состоит из двух линейных стабилиза-
торов и набора «обслуживающих» функций. Его мощность рассеяния — 2,7 Вт
при 70°C
background image
86
WWW.ELCP.RU
позволяющем повысить рассеиваемую мощность до
3,8 Вт (см. рисунок 5).
Для приложений, в которых используются контрольно-
диспетчерские функции, лучшим выбором является
линейный регулятор MAX6791 (см. рисунок 6). Его корпус
QFN с 20-ю выводами рассеивает 2,7 Вт, а один из его
сдвоенных линейных стабилизаторов может генериро-
вать второе напряжение питания: например, 3,3 В для МК
и 5 В для CAN-трансивера. К числу других функций этого
устройства относятся сторожевой таймер с программи-
руемым триггерным окном, сброс по включению питания,
компаратор для мониторинга снижения дополнительного
напряжения питания, а также управляющая логика для
внешнего мощного МОП-транзистора (предназначенного
для замены громоздкого защитного диода, рассеивающе-
го энергию).
Более подробную информацию можно получить у офи-
циальных дистрибьюторов компании Maxim в России
(www.maxim-ic.ru/contact).
новости автомобильной электроники
| STMicroelecTronicS и Mobileye разрабатывают снк следующеГо поколения для систем техническоГо
зрения |
Компании STMicroelectronics и Mobileye провели испытание СнК второго поколения для систем технического зре-
ния, использумых в автомобильных вспомогательных приложениях для водителя. По заявлению специалистов компаний ST
и Mobileye, архитектура EyeQ2 предназначена для ресурсоемкой параллельной обработки сигнала в автомобильных видео-
приложениях. Опыт специалистов ST пригодился при разработке и производстве этого устройства, тогда как специалисты
Mobileye участвовали в создании видеосистемы.
СнК EyeQ2 представляет собой устройство второго поколения для ресурсоемких приложений реального времени по
визуальному распознанию и определению местности и используется в интеллектуальных автомобильных системах. Кроме
того, приложение с СнК EyeQ2 позволяет отслеживать перемещение пешеходов, предупреждает о выезде на улицы с
двухсторонним движением, управляет светом фар, распознает дорожные знаки, а также позволяет предотвращать стол-
кновения.
СнК EyeQ2 выполнена по 90-нм технологии, имеет два програмных ядра First Silicon MIPS32 34Kf с поддержкой техно-
логии Hyper Threading, векторные процессоры VCE/VMP (Vision Computing Engine/Vector Microcode Processor), 512-Кбайт
память ISRAM, 16 каналов DMA и периферию для внешней связи, включая 2×CAN, 2×UART, I2C, 32GPIO, флэш-контроль, два
входных видеоканала с высоким разрешением (4000 × 2000 пикс.) и один выходной видеоканал с возможностями инте-
грации искусственной графики.
www.russianelectronics.ru
| hyundai-Kia выбирает «майкрософт» для мультимедийных приложений |
«Майкрософт» поставит компании
Hyundai-Kia платформу системного ПО Microsoft Auto для мультимедийных решений. Начиная с 2010 г. корейский OEM-
производитель автомобилей планирует выпуск машин, имеющих ОС Windows CE.
По информации от представителей «Майкрософт», обе компании заключили долгосрочное соглашение. Hyundai-Kia
планирует использовать платформу «Майкрософт» в качестве главного компонента для разработки будущих мультиме-
дийных систем для автомобиля.
В комплекте с ОС Windows CE компания «Майкрософт» поставляет несколько стеков протоколов и связующие компо-
ненты ПО для поддержки интеграции мобильных телефонов на основе Bluetooth-технологии и внешних медиаплееров
во встроенные системы, служащие для развлечения. Райнер Герсчук, старший менеджер по работе с покупателями,
объясняет, что хотя эта платформа содержит ряд стандартных компонентов, в целом она приспособлена под нужды
потребителей.
Приняв такое решение, Hyundai-Kia присоединяется к таким компаниям как Fiat and Ford Motor Company, продукция
которых уже оснащена ОС «Майкрософт». Среди поставщиков первого уровня Continental известна как компания, создаю-
щая решения на основе платформы «Майкрософт».
www.russianelectronics.ru
| среднеГодовой темп роста соединений типа «машина-машина» составит 37,9% |
Согласно прогнозу агент-
ства Berg Insight (Гетенбург, Швеция), количество соединений в сотовых сетях, используемых для связи типа «машина-машина»,
вырастет при среднегодовом темпе роста в 37,9% с 37,5 млн в 2007 г. до 186 млн в 2012 г.
В настоящее время на рынке преобладают GSM и другие традиционные технологии мобильной связи, которые в конце
2007 г. составили 71% от общего числа используемых стандартов в активных соединениях. CDMA является вторым наибо-
лее распространенным стандартом, широко применяемым в Сев. Америке и частях азиатско-тихоокеанского региона. До
сих пор технология WCDMA в основном использовалась в Японии в приложениях «машина-машина». В других регионах
принятие этого стандарта сдерживается высокой стоимостью комплектующих и ограниченным покрытием сети.
«Возрастающая потребность в надежности и безопасности склоняет чашу весов в пользу широкого выпуска телеме-
ханических приложений для автомобильной индустрии всего мира, — заявляет Тобиас Райберг, старший аналитик Berg
Insight. — В Сев. Америке система OnStar уже принесла ощутимую пользу миллионам водителей. В Европе полным ходом
идет разработка системы экстренного вызова eCall, а в нескольких латиноамериканских странах рассматривается вопрос
о введении обязательных мер по оснащению всех новых автомобилей приборами слежения для предотвращения право-
нарушений, принявших повальный характер».
www.russianelectronics.ru
Оцените материал:

Автор: Майкл Крикл (Michael Krickl), Maxim Integrated Products



Комментарии

0 / 0
0 / 0

Прокомментировать





 

Горячие темы

 
 




Rambler's Top100
Руководителям  |  Разработчикам  |  Производителям  |  Снабженцам
© 2007 - 2018 Издательский дом Электроника
Использование любых бесплатных материалов разрешено, при условии наличия ссылки на сайт «Время электроники».
Создание сайтаFractalla Design | Сделано на CMS DJEM ®
Контакты