基于TI MSPM0 MCU的車載充電機插槍喚醒模塊的運行原理

    來源: jf_pJlTbmA92023-08-28 10:49:42
      

    摘要


    (相關資料圖)

    車載充電機(OBC)在整車下電后,為保證低功耗,包括主控MCU在內的絕大部分電路都處于休眠狀態,此時需要一個低功耗的常待機喚醒模塊,檢測充電槍的插槍信號,來喚醒車載充電機主電路。本文將介紹基于TIMSPM0 MCU的喚醒方案,相對于傳統方案,具有高兼容性,高可靠性,便于維護,更低功耗,以及小體積等優點。

    1. GB/T 18487.1-2015

    在展開講述前,我們需要簡單了解一下國內比較通用的電動汽車的充電協議標準-GB/T 18487.1-2015(電動汽車傳導充電系統 第1部分:通用要求)。

    主要的充電握手步驟可以簡單拆分成以下幾點:

    車輛檢測CC端口阻值,判斷車端連接頭的連接狀態(斷開/半連接/連接狀態);

    充電設備監控檢測點1的電平,判斷線纜是否接好,且本身無故障,如果一切就緒,則S1切換到PWM檔;

    車輛檢測CP占空比,以及電壓值,初步判斷是否為有效值,判斷S1是否已經切換到PWM檔;

    車輛自檢,無故障,且電池處于可充電狀態,則閉合S2;

    設備檢測點1的峰值電壓滿足要求(檢測S2是否閉合),則充電設備閉合主繼電器K1, K2;

    車輛進一步檢測CC,CP值,協商充電電流大小,開始充電。

    2. 基于TI MSPM0 MCU的喚醒方案

    本文論述的插槍喚醒方案的主要功能,是通過檢測端口的電氣參數,判斷插槍狀態,進而喚醒主MCU來進行進一步的充電握手,達到整機在汽車熄火狀態下的低功耗要求。

    插槍喚醒方案框圖如下。由于MSPM0 MCU需要長期待機,需要一顆低功耗,寬輸入電壓的LDO給其供電。端口電氣參數檢測方面,以交流充電樁為例,它是通過檢測CC端口的電阻值, 或者CP端口上的電壓以及占空比等信息,通過檢測數值范圍判斷插槍狀態的有效性和喚醒源。其中CC端口的電阻檢測需要MCU的ADC模塊或者比較器模塊,判斷此時電阻值,而CP端口的電壓以及占空比信息則需要ADC模塊以及Timer。當檢測到有效的插槍狀態,則通過GPIO拉高 HOST MCU 供電LDO的使能引腳,HOST MCU上電。并通過檢測MSPM0 MCU發過來的PWM占空比, 分辨喚醒源。

    3. 方案優勢

    3.1 高兼容性

    即便GB/T 18487.1-2015對充電協議進行了規范,但是各大主機廠對插槍喚醒的要求各不相同:

    喚醒延時時間:從插槍到喚醒host MCU的時間,根據這個時間配置消抖濾波時間;

    喚醒條件:CP高電平電壓根據不同的充電樁有不同的規格。此外,車廠還會定義有效信號的持續時間要求。

    喚醒源:CC喚醒, CP喚醒, 預約充電,以及V2L等模式。

    針對以上需求差異,傳統的分立電路方案需要搭建復雜的電路,且調整相應參數,來適配不同的需求,不利于硬件平臺化開發。而使用MCU方案可以使開發者使用同一套硬件方案,通過改軟件來輕松適配不同的需求,有利于平臺化開發,減少開發時間。

    3.2 高可靠性

    傳統分立方案需要用到大量阻容器件,以及三極管。整體功耗受溫度影響較大。另外,不同廠家的器件一致性差異大,在考慮最惡劣情況下,增加了設計難度,此外,對物料管控也是一個挑戰。

    3.3 便于維護

    在汽車出廠后,針對車廠的新需求,或者充電樁的新工況,基于MCU架構的方案可以通過OTA的方法,靈活調整喚醒條件,適應最新的需求,便于后期維護。

    3.4 低功耗

    隨著主機廠對低功耗的要求越來越高,尤其當靜態電流要求降低到100uA以內時,分立方案難以滿足。TI MSPM0系列內置Timmer,且在standby模式下仍然可以工作。 可自定義喚醒時間,定期把MCU從standby模式喚醒到normal模式來進行定期檢測。而TI MSPM0系列在standby模式下的靜態電流在全溫度范圍內的典型值在10uA左右,由于MCU在大部分時間處于standby模式,因此平均電流損耗可以輕松滿足要求。

    總結

    本文詳細描述了基于TI MSPM0 MCU的車載充電機插槍喚醒模塊的運行原理,并展示了和傳統方案相比,在兼容性,可靠性,可維護性,低功耗方面的優勢。為滿足工況日益復雜,參數要求嚴苛的插槍充電場景提出了有效方案。

    審核編輯:彭菁

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    責任編輯:sdnew003

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