汽車車身控制器輸出電路的設計與分析

李 越，孟胥里

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

引言

車身控制器（Body Control Module，簡稱BCM）作為整車電氣系統核心零部件，實現了整車電氣系統大部分功能，諸如外部燈光、內部燈光、門鎖、電動車窗、車身防盜以及后除霜等多個系統的控制。因此BCM控制的負載包括不同類型，如車燈負載、電機負載、LED指示燈等?，F以某自主品牌汽車車身控制器為例，通過以下幾個方面淺析BCM開發過程中輸出電路的設計方法[1]。

1 BCM輸出接口電路

BCM 控制的負載種類繁多，主要有燈光類、電機類、喇叭等，根據車身控制器控制對象不同，功率驅動輸出主要分為：內部功率器件輸出、內部繼電器輸出和外部繼電器輸出等。內部功率器件輸出主要為集成MODFET管功率芯片；內部繼電器多為雙胞繼電器，一般應用于電機正反轉控制；外部繼電器主要通過BCM小電流控制繼電器吸合斷開，以控制整車大電流負載，如近光燈、防盜喇叭、后除霜等，以下為車身控制器的系統組成[2]。

1.1 外部繼電器驅動輸出電路

當整車用電器模塊電流比較大時，整車多采用繼電器來驅動，比如近光燈、遠光燈、喇叭等，而繼電器通過BCM來進行控制。由于繼電器線圈阻值一般在85 Ω～120 Ω之間，12系統整車電壓一般在9 V～16 V，因此繼電器線圈電流一般小于180 mA，因此車身控制器一般選用infineon TLE7240 SL來驅動外部繼電器。此芯片共有8個輸出通道，每個通道驅動電流210 mA，過載關斷閾值為950 mA，且具有短路、過載、高溫保護功能。

圖1 BCM系統組成

對于像近光燈等影響行車安全的功能，整車要求必須具有跛行功能，而TLE7240SL支持Limp Home功能，當主芯片出現故障時，看門狗對主芯片進行復位重啟的同時，會將近光燈的控制電路切換到備份硬件電路，不受MCU故障影響，保證近光燈功能可以正常實現，TLE7240SL系統原理圖如圖2：

圖2 TLE 7240SL系統原理圖

1.2 高邊驅動輸出電路

對于電流較小的負載，主要是LED燈光負載，如轉向燈、位置燈等，電流一般小于5 A，一般直接采用infineon BTS 5120/BTS5020等進行控制，主要根據驅動負載的大小來進行具體選型，此芯片具有過溫、過壓、電流限制保護功能，同時具有診斷功能，當在On-stage時進行開路和短路到地檢測，一旦發現開路或者短路到地即有計數器計數，達到一定的數值即可以判斷為真正的開路或者短路到地，并置相應的DTC。在Off-stage時進行短路到電源檢測，一旦發現短路到電源即有計數器計數，達到一定的數值即可以判斷為真正的短路到電源，并置相應的DTC[3]。比如某款車型轉向燈控制，單側轉向燈功率為max 36 w-12 V，則選用型號為BTS5020芯片，其雙通道輸出電流為5 A，滿足要求，相比較分立元 件的方式，電路更為簡單可靠，轉向燈工作電路如圖3所示：

圖3 轉向燈控制電路

1.3 內部集成繼電器驅動輸出

對于電機類負載，特別是需要控制正反向電機，比如門鎖的控制，需要采用一對雙胞繼電器來進行控制，優先通過BCM內部集成雙胞繼電器進行控制，門鎖控制源流如圖4所示：

圖4 門鎖繼電器驅動原理圖

同時內部繼電器驅動一般通過達林頓管ULQ2003AQ來控制，共有7個輸出回路，其單通道工作原理如圖5所示：

圖5 ULQ2003AQ單通道原理圖

1.4 LED指示燈驅動

對于車輛上開關指示燈，例如中控鎖指示燈、車窗鎖止指示燈，其工作電流較小，一般均小于20 mA，因此采用帶阻三級管來驅動，其工作原理為當輸入PIN2為高電平時， Q1導通，Q1導通后Q2發射極正偏，Q2導通，因而PIN3輸出高電平，系統原理圖如下：

圖6 LED指示燈驅動電路

2 總結

本文主要對車身控制器輸出控制方式進行了闡述，同時結合整車電氣原理，對不同類型負載所采用的驅動方式進行了分析。在對驅動輸出進行設計時，應根據執行元器件功率及電氣特性來選擇，對于多路輸出的內部功率驅動芯片，應盡量將不會同時工作的執行器放在同一芯片上進行控制輸出，防止同時工作時瞬間電流過大，影響芯片性能。隨著控制器集成度更高，車身控制器參與更多的電氣功能控制，對外部負載驅動方式的選型及匹配尤為重要。