Обзор возможностей низковольтной системы резервного батарейного питания для систем ECALL

Cherkasov Kirill Vladimirovich student of FIPIb-13 group

Nosov Magnitogorsk State Technical University

Russia, Magnitogorsk

Chistyakova Natalia Segeevna student of FIPIb-13 group Nosov Magnitogorsk State Technical University Russia, Magnitogorsk

AN OVERVIEW OF POSSIBILITIES OF LOW VOLTAGE SUPPLY SYSTEM FOR APPLICATION IN ECALL SYSTEMS

Annotation: The relevance of application of the reserve battery supply system solution eCall, it's benefits and prospects of application, it’s characteristics and operating principle are showed in this article.

Система экстренных вызовов (emergency call, eCall) - новейшая электронная система, о которой в ближайшие годы вы будете слышать все чаще. Постоянное стремление к повышению безопасности автотранспорта заставило правительства разных стран рассмотреть необходимость ее тотального внедрения. В соответствии с решением Европейского Союза, начиная с 2018 года все выпускаемые автотранспортные средства должны оснащаться eCall. В случае серьезных дорожных аварий eCall автоматически устанавливает связь с экстренными службами и передает по беспроводному каналу информацию о состоянии подушек безопасности, данные с датчиков столкновения, навигационные координаты с GPS. Так как eCall -это абсолютно новая автомобильная система, она должна соответствовать уже имеющимся жестким стандартам и правилам. По это причине наличие образцовой и законченной схемы питания значительно упрощает процесс разработки.

Рассматриваемая эталонная система питания eCall предполагает использование низковольтных аккумуляторов с напряжениями питания 2,5...4,5 В. Для этого могут быть использованы различные распространенные элементы питания: литий-ионные, литий-полимерные, литий-железофосфатные (LiFePO4) и железоникелевые химические источники тока. В случае с железоникелевыми аккумуляторами потребуется включение трех последовательных элементов, а в случае литиевых для получения того же напряжения будет достаточно только одного. В рассматриваемой схеме используются литий-железо фосфатные аккумуляторы (LiFePO4), которые предлагают компромиссное решение по стоимости, удельной емкости, габаритным размерам и номинальному напряжению. Кроме того, эти элементы питания поддерживаются линейной зарядной микросхемой bq25071 и защитной микросхемой bq28Z610, которые также используются в схеме.

Ключевым требованием в низковольтной автомобильной электронике является защита от перепадов напряжения автомобильной бортовой сети. В системах с низким напряжением питания входное напряжение 12В от аккумулятора должно быть преобразовано так, чтобы его значение было максимально близким к уровню напряжения резервного аккумулятора. Это позволит заряжать резервный аккумулятор с минимальным выделением тепла. Синхронный импульсный понижающий преобразователь LM43603-Q1 преобразует напряжение бортовой сети в напряжение питания 5 В. Кроме того, что регулятор LM43603 работает с входными напряжениями до 36 В и аттестован для работы в составе автомобильной электроники. Помимо этого, он способен работать на частотах до 2 МГц. Это исключает загрязнение радиоэфира в AM-диапазоне.

Система управления должна гарантировать наличие бесперебойного питания всех элементов и модулей eCall. В случае наличия штатного автомобильного аккумулятора питание осуществляется от него с помощью LM43603-Q1. В противном случае используется резервный аккумулятор. Три P-канальных полевых транзистора NexFET™ CSD25402Q3A, управляемых компаратором TL331-Q1, обеспечивают подключение к источнику с наибольшим напряжением.

Также система управления обеспечивает питанием оставшиеся DC/DC-преобразователи. Они формируют необходимые напряжения для других модулей системы.

Модуль GSM (Global System for Mobile) используется для связи автомобиля и сотовой сети. Его питающее напряжение обычно составляет около 3,8 В. Поскольку напряжение резервного аккумулятора может быть, как выше, так и ниже этого уровня, необходимо применять повышающее-понижающий преобразователь. TPS63020-Q1 – повышающее-понижающий преобразователь, который обеспечивает необходимый GSM-модулю нагрузочный ток до 2 А. Рабочая частота TPS63020-Q1 находиться за пределами AM-диапазона и составляет 2,4 МГц.

Микроконтроллер выполняет управление и контроль работы системы eCall. Он также может обмениваться информацией с автомобилем. Все цифровые микросхемы зачастую используют одно напряжение питания, которое обычно составляет 1,8 В. Так как это ниже напряжения аккумулятора, то допустимо использовать понижающий преобразователь. TPS62290-Q1 – простой и компактный понижающий регулятор, работающий на частоте 2,25 МГц за пределами AM-диапазона.

Модуль GPS, как и модуль GSM, требует напряжение питания 5 В, но имеет меньший питающий ток. Тем не менее, в данном случае вновь требуется повышающее-понижающий преобразователь. Для оптимизации перечня элементов снова используется TPS63020-Q1.

Уровни питающих напряжений и токов для аудиоусилителя сильно зависят от типа усилителя и размещения динамика. Положение динамика определяет требуемую выходную мощность, которая, в свою очередь, определяется величиной токов и напряжений. В большинстве случаев для питания усилителя используется повышающий преобразователь. Аудиоусилитель TAS5411-Q1 имеет выходную мощность 8 Вт и работает с напряжениями до 18 В. Повышающий регулятор TPS61175-Q1 обеспечивает выходное напряжение 9 В. Он имеет встроенный каскад на силовых МДП-транзисторах и программируемую рабочую частоту до 2,2 МГц, что выше, чем частоты AM-диапазона.