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設計更智能的天窗

2019-04-26 10:20:04 來源:德州儀器
得益于未來車輛的新技術,天窗和汽車車窗貼膜現已成為汽車的可編程功能。在開關的轉動處,您現在可阻擋通過汽車天窗的光線或在夜間駕駛時欣賞飄渺的星空。


一家名為Research Frontiers的制造商使用SPD-SmartGlass技術創造了電子玻璃貼膜。該技術通過在玻璃、塑料、丙烯酸或化學強化玻璃膜中調準納米顆粒。這種玻璃可阻擋熱量、陽光、紫外線和噪音。SPD-SmartGlass通過改變施加在玻璃上的電壓幅度,可即時、精確地控制進入車輛的光線水平。


為驅動這種動態玻璃,需要高壓AC信號快速定向阻光納米顆粒。


智能天窗設計為車內乘客提供了大量優勢。在貼膜狀態下,它可減少熱量傳遞并防止眩光,在貼膜和透明狀態下,它可減少紫外線和紅外線。控制貼膜著色水平允許用戶針對身邊的環境調整這些條件。


產生必要的高壓AC信號以控制汽車中的貼膜著色水平具有挑戰性,因為汽車沒有易獲得的AC電壓源。相反,需要使用將汽車電池的DC電壓轉換為AC電壓的功率逆變器電路來產生AC電壓信號。



德州儀器的汽車SPD-SmartGlass驅動器參考設計 展示了一種將DC轉換為AC電源的方法。該設計中的兩個核心組件是:

·        升壓轉換器,用于將低壓汽車電池DC轉換為高壓DC。

·        全橋驅動器,用于將DC信號轉換為AC信號。

 
自此,方波、正弦波或其他周期波形可為玻璃提供功率。




 
 

圖1所示為參考設計的框圖,而圖2所示為如何在這些中間步驟中控制電壓以產生正弦波。
 



 控制智能天窗著色水平

璃貼膜著色水平與驅動波形的幅度直接相關。如圖3所示,以正弦速率不斷改變占空比會產生正弦波。濾波后,這會產生純正弦波輸出。可進一步調整脈沖寬度調制(PWM)占空比,以控制該正弦波的幅度。 


另一個幅度控制選項是調整提供給全橋的電壓。驅動橋本身的正弦波PWM永遠無需調整,且縮放提供電橋的電壓將導致正弦振幅的必要變化。這是參考設計中使用的方法。 


為了驅動FET并最終驅動SmartGlass,兩個半橋柵極驅動器 (UCC27712-Q1) 為全橋配置。由于其互鎖和死區時間功能,UCC27712-Q1用于此應用,以確保高側和低側FET不會同時導通。
控制高壓DC/DC壓的反饋管腳管理全橋的電源。通過使用連接到LM5155-Q1升壓轉換器的FB管腳的入電阻,直流電壓(由圖3中的節點VDAC表示)可控制LM5155-Q1輸出電壓,從而增加或降低升壓電壓。



 
圖 3:用于電壓輸出操作的入電阻
 

VDAC電壓通過使用電阻-電容(RC)濾波器和緩沖器對來自微控制器的PWM信號進行濾波而產生,從而創建PWM數模轉換器(DAC)。圖4說明了不同的PWM占空比和RC緩沖電路如何產生不同的DC電壓電平,以用于熔絲盒入電路。
 



圖4:PWM DAC信號鏈
 

產生高壓直流信號

參考設計的另一個獨特功能是連接到升壓轉換器的電荷泵電壓三倍器,如圖5所示。電荷泵使升壓轉換器的電壓輸出增加三倍,以便能夠生成200V電源,而無需大型且昂貴的變壓器基電源電路。






圖 5:電荷泵電壓三倍器

 
這種產生200V電壓的方法的一個優點是圖5中的開關金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)Q2只需對底部輸出電容C16上的電壓進行額定。這使您可在設計中使用成本更低、額定電壓更低的組件,而非大于200 V的元件。


隨著MOSFET的功率和電壓額定值增加,柵極和漏極電容也會增加。當試圖以2 MHz的頻率控制MOSFET時,這些電容會導致壓擺率和上升時間問題,因此較低的電壓要求可更容易找到具有適當輸入和輸出電容的MOSFET。


電荷泵還減少了開關節點上的應力。為從約10 V升至約200 V,開關節點需要極高的占空比,從而留下極小的關斷時間,并給升壓轉換器帶來很大應力。由于電荷泵將轉換器的電壓降低三分之一(以三倍于輸出電流為代價),因此占空比和關斷時間要求顯著降低。 


結論


智能天窗可提高駕駛室的舒適度,提供更佳、更舒適的駕駛體驗。我們的電子產品創新可助您加快將此項新技術作為未來智能駕駛的重要組成部分的過程。 

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