提升摩托车转向灯的断路检测精度和安全转向功能

2014-11-14 11:20:10来源: EEWORLD

    骑着一辆转向灯失灵的摩托车上路对摩托车驾驶员本人和路上的其它机动车驾驶员构成危险,转向信号灯的功能是告诉路上其它机动车驾驶员摩托车的行进方向,给他们充足的时间对摩托车的运动方向做出反应。因此,转向灯闪光器驱动模块除提供振荡频率外,还必须提供负载连接断开提示功能。每次大功率灯泡中有一个断开连接时,灯泡闪光频率将会加快一倍,以提示驾驶员转向信号灯出故障了。对于排量不超过150cc的小型摩托车,最常见灯泡配置是每侧2支10W灯泡 + 1.7W灯泡;每当10W灯泡断开时,驱动频率比正常工作时高一倍。

    这种应用不存在设置和控制闪光频率的微控制器,这是因为所有功能都集成在一颗内置功率级和逻辑级的芯片内,其中功率级为负载提供电流;逻辑级控制所有工作模式(正常闪光频率,如果其中一个主负载断开,将闪光频率提高一倍)。

    在这种配置内,智能驱动器芯片(IC)连接在蓄电池正极端子(VCC引脚)和一个转向灯左右转向机械开关之间。当串联开关连通OUT引脚与灯泡时,驱动器开始执行50%占空比的开关操作。给驱动器供电需要外部低压电容器,以稳定内部稳压器输出电压,设置驱动振荡频率。

    从结构上看,无需直连GND。这个特殊的拓扑为设计人员提供了一个精确且稳健可靠的解决方案,克服了很多设计难题。本文将探讨创新的意法半导体产品VN5MB02如何利用其专利技术提供精确的负载断路检测功能,确保驾驶员能够快速变换车道。

    负载断路指示功能的正常工作电压应在整个电池电压范围(9-16V)内,并考虑到产品老化效应分布,灯泡电压可能会发生变化(+/-10.5%范围内)。

    在VN5MB02内部,IDF电流值被设为基准电流,每当负载电流低于该基准时,该驱动器将会在下一次导通时将工作频率提高一倍;IDF范围必须严密控制,以便实现下列功能:

-当因灯泡公差原因导致标称负载电压降低-10.5%时,无频率变化
-如果其中1个10W灯泡断开连接,包含+10.5%的灯泡公差,激活“频率加倍”功能

    考虑2x10W+1.7W转向灯配置,下图给出了三个电流范围 (最小-最大):

- 绿色区域代表标称负载,包含+/- 10.5%的灯泡功率公差。
-蓝色区域代表VN5MB02的Idf电流范围 (最小值、典型值和最大值)
-粉色区域代表当1支10W灯泡断开时的负载电流,包含 +/- 10.5%的公差。

    对于适当的开路操作,IDF范围不应覆盖其它两个范围,因此,VN5MB02的IDF总体精度大约在+/-8%左右;相对于摩托车使用的自振荡系统,这样的精确度被公认为达到了最新的最先进的水平。这一精确度还能让驱动器在2x10W+3W 和 2x10W+0.3W的负载配置中发现断开的10W灯泡。

    当所有灯泡全都正常时,标称闪光频率被设为每分钟闪光85次。在正常工作条件下,驱动振荡频率是大约1.44Hz,占空比为 50%。当有一支10W灯泡断开时,闪光频率变成每分钟闪光约170次。

    VN5MB02内置一个数字频率控制器,确保振荡频率(在正常和开路条件下)取得高精度。

    当一个标称负载连至该芯片的输出引脚时,该驱动器芯片给频率电容器(Cfreq)充电至阈压Vch,然后通过内部恒流输出使其放电至阈压Vcl,通过这个过程完成频率振荡。

该芯片的自振荡频率由下面的关系式决定:
其中,n 是内部数字计数器(等于1066)。


正常工作模式(所有标称负载处于连接状态)

    如果负载电流小于Idf,该芯片将在导通结束时发现负载过低,然后将振荡频率提高1倍。

    其中,Kfreq在2.15到2.30之间。

频率加倍模式(1支10W灯泡断开连接)

必须特别注意下面两个参数:
- 首次导通(又称‘灯光开启时间’)
- 最短导通时长
各地政府法规对这两个参数做出了明确的规定:
-发生在机械开关闭合之后的第1个脉冲的延时通常必须足够短,因为这个参数对应灯泡首次导通延时。如下图所示,灯泡首次导通延时delON应当很短,因为转向灯向周围车辆示意其将改变行驶方向。按照摩托车灯光管理法规,首个脉冲延时值应小于100 ms。


 

-  还要求控制tON脉冲值:这个时长值应足够大,让附近机动车驾驶员的眼睛能够注意到转向灯闪光,首次脉冲和随后脉冲都应大于或等于200 ms。

    摩托车闪光器触发“首次导通事件”多少次?答案很简单:每次机械开关被推到左或右位置时,首次导通事件就会被触发。下图所示是两个不同的变道场景,“首次导通事件”被触发,其中tON必须取得最小和最大的延时值。

    意法半导体获得专利的创新解决方案确保转向灯在上述描述的行驶条件中正常工作,每次将转向灯开关从左推动右或从右推动左,每次转向灯开关闭合后,总是能提供一个正确的时序。当发生变道事件时,串联开关断开分为两种情况:

-转向灯已经关断

-转向灯已经导通

    无论是何种时序条件,在转向前,意法半导体的专利解决方案都能确保转向灯工作正常。

    VN5MB02具有外部无用电流防护或短路保护功能(软硬短路)。当发生严重过载事件时,内部电流关断功能暂时锁定VN5MB02-E,如果过载现象消失,该器件将在下一次导通时间重新导通。

 

软硬短路关断保护

    如果晶体管结温升高,热限制功能可降低器件承受的热应力;如果过载持续时间超过tfault,VN5MB02-E将被暂时锁定;当过载现象消失时,该器件在下一次导通时重新导通。

软硬短路热限制

注: VN5MB02采用标准的SO-16窄型塑料封装,现已投产。

关键字:提升  摩托车  精度  转向

编辑:刘东丽 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/afdz/2014/1114/article_7815.html
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