HF3625BCM之轉(zhuǎn)向燈驅(qū)動(dòng)電路故障分析與改進(jìn)

方 遒，張海軍

1.廈門理工學(xué)院 機(jī)械與汽車工程學(xué)院，福建 廈門 361024）（2.福建省客車及特種車輛研發(fā)協(xié)同創(chuàng)新中心，福建 廈門 361024；

汽車電子控制模塊是保證汽車能夠基本行駛不可或缺的控制單元［1］，汽車上的車窗模塊、門鎖模塊以及燈光模塊等都由車身控制器BCM控制。HF3625是一款24V系統(tǒng)的車身控制器，在開發(fā)后期實(shí)車測試階段，轉(zhuǎn)向燈出現(xiàn)倍頻快閃問題。轉(zhuǎn)向燈能否正常工作，關(guān)系到汽車的行駛安全性［2］，這一問題的出現(xiàn)無論是客戶還是研究人員，都高度重視。

1 故障現(xiàn)象及模擬測試

在HF3625車身控制器開發(fā)的后期，客戶進(jìn)行實(shí)車測試階段，1臺JH476試驗(yàn)車開啟右轉(zhuǎn)向燈時(shí)正常工作，在開啟后視鏡加熱后，右轉(zhuǎn)向燈出現(xiàn)倍頻快閃問題。轉(zhuǎn)向燈工作原理框圖如圖1所示。

圖1 轉(zhuǎn)向燈工作原理框圖

在試驗(yàn)室，將PV階段的2只留樣樣品在負(fù)載臺架上進(jìn)行測試驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)：當(dāng)系統(tǒng)電源電壓為24 V時(shí)，開后視鏡加熱都會出現(xiàn)右轉(zhuǎn)向燈快閃狀況。詳細(xì)測試后發(fā)現(xiàn)：系統(tǒng)電壓為18～32 V時(shí)，分別開后視鏡加熱、小燈等由MOSFET控制的負(fù)載開關(guān)，都會出現(xiàn)右轉(zhuǎn)向燈倍頻快閃這一現(xiàn)象。

2 理論分析

HF3625 BCM轉(zhuǎn)向燈由英飛凌的BTT6050 MOSFET控制，如圖2所示。該芯片為兩通道輸出，單通道輸出時(shí)，最大載流為4 A；雙通道輸出時(shí)，每通道最大載流各3 A。實(shí)車左右轉(zhuǎn)向燈負(fù)載各為21 W×2+0.67 A，電流約為2.5 A，在規(guī)定范圍內(nèi)，因而符合BTT6050載流要求。

BTT6050 IS腳為負(fù)載電流反饋腳，輸出為電流型，電路采用1.2 kΩ采樣電阻，將電流轉(zhuǎn)換為電壓并送入到MCU的AD（輸入電壓）端口分析，以此檢測負(fù)載電流是否發(fā)生變化。根據(jù)MOSFET規(guī)格和應(yīng)用，倍頻快閃的原因可能有：①右轉(zhuǎn)向燈工作負(fù)載電流Iload發(fā)生改變，BCM檢測為燈故障而進(jìn)入倍頻快閃；②右轉(zhuǎn)向電流反饋值UIS檢測偏小，造成BCM判定為燈故障而進(jìn)入倍頻快閃；③BTT6050工作異常（Us或UGND）；④BTT6050輸入控制信號異常。

圖2 轉(zhuǎn)向燈控制電路

3 故障件測試驗(yàn)證

在室溫（約25℃）下，將PV階段的幾只留樣樣品分別在電壓為20 V、24 V、28 V的條件下，依次開啟右轉(zhuǎn)向燈、小燈、近光燈、遠(yuǎn)光燈、前霧燈、后霧燈、后視鏡加熱，用示波器分別測試MOSFET（U15）的右轉(zhuǎn)向燈輸出電流Iload、UIS、UGND、US，得到測試波形，如圖3所示。

測試最終結(jié)果：①當(dāng)右轉(zhuǎn)向燈出現(xiàn)倍頻快閃時(shí)，Iload未發(fā)生任何變化，因而可以說明倍頻快閃與Iload無關(guān)。②當(dāng)UGND大于1.25 V時(shí)，UIS=0，轉(zhuǎn)向燈出現(xiàn)快閃，說明右轉(zhuǎn)向燈倍頻快閃與UGND和UIS有關(guān)。③通過測試UIN、UDEN、UDSEL得知：當(dāng)UGND超過1.0V后，UIS=0；當(dāng)UGND減小到1.0 V以內(nèi)時(shí)，UIS即恢復(fù)正常。因而可以說明右轉(zhuǎn)向燈倍頻閃爍與UGND有關(guān)。當(dāng)UGND增大到一定值時(shí)，UIS=0，導(dǎo)致BCM判定為轉(zhuǎn)向燈故障而進(jìn)入倍頻快閃狀態(tài)。

4 原因分析及改善對策

HF3625BCM電路是將6個(gè)MOSFET的GND短接后，通過1只27Ω電阻串聯(lián)二極管，再與電源U-連接，如圖2所示。R275和D12為6個(gè)MOSFET共用，每個(gè)MOSFET單通道工作時(shí)，IGND為9 mA；雙通道工作時(shí)，IGND為12 mA。代入公式

式中：N——MOSFET工作個(gè)數(shù)。

UGND=0.009×3×27+0.7=1.429 V

通過向供應(yīng)商英飛凌咨詢得知：BTT6050芯片正常工作時(shí)，必須確保UGND腳電壓不超過1.2 V。因而確切的原因是：6個(gè)MOSFET的GND并聯(lián)共用1只27 Ω的電阻和二極管，導(dǎo)致UGND引腳電壓被拉高，被拉高后的UGND引腳電壓大于正常工作的1.2 V。

上述問題經(jīng)團(tuán)隊(duì)討論，提出以下4種改進(jìn)方案。

1）減小R275阻值（0.072×R275+0.6＜1.2；R275＜8.3 Ω），理論分析可行。

2）使用單個(gè)MOSFET管串聯(lián)（0.012×27+0.6=0.924＜1.2），理論分析可行。

3）減小UD12；使用鍺管，導(dǎo)通電壓為0.3 V（0.072×27+0.3=2.244＞1.2），理論分析不可行。

4）盡量減少并聯(lián)M O S F E T數(shù)量并使用鍺管（0.012×27×2+0.3=0.948＜1.2），理論分析可行。

對以上4種方案進(jìn)行驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)：方案1將27 Ω電阻改小，在高溫條件測試存在電阻損壞現(xiàn)象，故該方案不可行；方案2雖然理論驗(yàn)證和實(shí)際測試都未出現(xiàn)任何問題，但就成本而言較高，不能稱之為理想方案，相比較，方案4最為完美。方案4的計(jì)算公式如下

圖3 測試波形圖

式中：N——MOSFET工作個(gè)數(shù)。

1）當(dāng)MOSFET工作的個(gè)數(shù)N為3時(shí)，UGND=0.012×27×3+0.3=1.272＞1.2，電壓超過1.2 V，故不可取。

2）當(dāng)MOSFET工作的個(gè)數(shù)N為2時(shí)，UGND=0.012×27×2+0.3=0.948＜1.2，電壓未超過1.2 V，可取。

就開發(fā)成本而言，方案4比方案2單個(gè)MOSFET管串聯(lián)1個(gè)二極管和電阻成本要低很多。方案1減小R275阻值，理論分析雖然可行，但在高溫條件下，電阻容易損壞，存在安全隱患，因而不能采用。最終通過團(tuán)隊(duì)評估，采取方案4。按照方案4改進(jìn)后的樣品方案，最大限度地減少了二極管和電阻的使用數(shù)量，因而有效地降低了開發(fā)成本。經(jīng)過改進(jìn)和優(yōu)化后的車身控制器樣品在臺架試驗(yàn)和實(shí)車測試中，都未出現(xiàn)任何問題。由此說明方案4是切實(shí)可行的。以上分析計(jì)算的相關(guān)公式對今后開發(fā)電子產(chǎn)品MOSFET管引腳電壓的計(jì)算也有很好的借鑒作用。

5 總結(jié)與展望

本文著重對車身控制器開發(fā)階段出現(xiàn)的右轉(zhuǎn)向燈倍頻快閃問題進(jìn)行分析、研究，并提出改善對策，對今后在開發(fā)類似產(chǎn)品的電路設(shè)計(jì)分析與計(jì)算上，有很好的借鑒作用。在進(jìn)行電路設(shè)計(jì)開發(fā)過程中，希望工程師們既要考慮成本效率，也要考慮安全系數(shù)，要結(jié)合實(shí)際情況對每一個(gè)模塊做好細(xì)致的理論分析與計(jì)算，開發(fā)過程中若出現(xiàn)問題應(yīng)順藤摸瓜，找出問題點(diǎn)，盡可能多地拿出解決方案，并進(jìn)行對比選擇最優(yōu)方案，這樣才能使我們的開發(fā)水平和設(shè)計(jì)能力得到不斷的升華與提高。

［1］ 李越，吳震云.汽車車身控制器輸入電路的設(shè)計(jì)與分析［J］.汽車實(shí)用技術(shù)，2017（2）：26-28.

［2］ 倪麗，藺春明，俞燚.汽車車身控制器電路設(shè)計(jì)的研究［J］.汽車實(shí)用技術(shù)，2015（3）：37-39.