【導讀】傳統的汽車產業已經逐漸朝向電子化、電氣化發展，除了各式各樣的電動汽車之外（混合動力與純電動車），就算是燃油車也在車身內部與外觀上使用越來越多的電子零組件。本文將為您介紹汽車電子化、電氣化的發展方向，以及由ST（意法半導體）所推出相關產品的功能特性。
從內到外翻轉汽車產業的電子化發展
汽車的電子化、電氣化并不僅是單純的指燃油車朝向電動汽車發展，事實上，就算是傳統的燃油車，也持續在汽車內部與外部朝向電子化發展，像是了信息娛樂系統、車輛控制系統、安全輔助駕駛系統、儀表板、內部照明與裝飾、外部燈光照明系統等，也采用了越來越多的電子零組件，已經大幅地改變了傳統汽車的設計思維，汽車從內到外也都呈現出不同的形式與樣貌。
此外，除了純電動車外，一些混合動力的汽車也陸續問世，同時結合了燃油車與電動車的優點，當在高速行駛時采用內燃機動力，并同時回收動能對電池充電，在汽車慢速、怠速行駛時，則采用電池驅動，以減少燃油的消耗。一般來說，混合動力汽車普遍比同型純內燃機的車輛有更好的燃油效率及加速表現，而缺點在于售價較高、動力系統占用空間較大、電池的壽命受限等問題。
另一方面，汽車的智能化發展也并不是電動汽車的專屬功能，傳統燃油車或混合動力汽車，也同時朝向聯網與自動駕駛方向發展，汽車擁有越來越多智能，能夠減輕駕駛負擔，提供更高的安全性，這也使得汽車必須采用越來越多的電子零組件，這對電子產業來說是龐大的市場機遇。
具有汽車CAN FD Light接口的32通道O/LED驅動器
目前的汽車外部照明，已經采用越來越多的O/LED來進行尾燈設計，為汽車外觀呈現出更具未來感的造型。由ST推出的L99LDLH32是一款32通道恒流調節器，專為汽車外部小電流O/LED車燈的應用。由于輸出通道的高側配置，其適用于驅動共陰極的O/LED面板。它可提供高達35 V的輸出涵蓋O/LED的廣泛分布，其32通道獨立的1 mA-15 mA的可編程電流及PWM調節，以獨立調節O/LED面板的每個像素。
如同該系列中的另一款器件（L99LDLL16），L99LDLH32采用兼容CAN FD的CAN FD Light通信網絡，可應用于現今汽車的照明系統之中，并已經證明了這種基于CAN的輕量級網絡能夠滿足系統的需求并具備優勢，可實現高速數據傳輸（高達1 Mbit/s），并使用CAN FD長幀通信結構。支持最大128PCS的級聯，兼容大數據像素的使用場所。
除了與CAN FD Light兼容的物理層外，該器件還集成了CAN收發器、LDO、振蕩器等，因此其外圍器件非常精簡。L99LDLH32除了可以使用CAN FD Light兼容接口在總線模式下運行，使用可編程的EEPROM（FTP）存儲器可以設置2種獨立模式（Limp Home），兼容外接端口Din/CAN BUS/power line 3種PWM調光模式。
L99LDLH32符合AEC-Q100標準，ASIL B安全等級，可從CAN in Automation（CiA）獲得CAN FD Light兼容串行接口、協議處理程序、草案規范建議（DSP），采用QFN48L 7x7外露焊盤封裝，以及用于Limp Home（跛行模式）的超時看門狗，具有低待機電流，以及獨立／故障安全和總線模式操作，可直接驅動（1個直接輸入）用于支持ASIL要求的1個功能組，通過嵌入式非易失性和易失性存儲器，可實現最廣泛的可配置性，工作電源電壓范圍為5.5 V – 40 V。
L99LDLH32的線性穩壓器部分可在-40℃– 150℃的工作溫度范圍運作，可向外部預調節器反饋電壓，以優化調節電壓，最大限度地降低整體功耗，并通過8位DAC設置每個通道的電流，支持模擬調光、8位PWM通道獨立指數亮度控制和8位全局PWM調光，以及可編程PWM頻率，具有緩慢的開啟／關閉時間、漸進式輸出延遲和抖動時鐘，以獲得更好的EMC性能。
L99LDLH32集成8位ADC，可用于全面、靈活的診斷，具有1條故障總線專用線，提供溫度警告、過溫關斷（2個溫度閾值），短路和開路負載檢測和保護，并可通過外部NTC測量和器件結溫（TJ）自動降低LED電流。芯片內部集成一個溫度傳感器，并支持外接一個熱敏電阻測量外部環境溫度，雙溫度多重保護和診斷功能可確保車燈的安全和穩定的使用。
L99LDLH32支持控制多達2個單獨的照明功能，每個通道可以映像或不映像到直接輸入，以及通過預調節的外部電源電壓，此功能確保了最高靈活性的控制由不同O/LED類型、電流和燈串長度組成的不同照明功能，可用于汽車O/LED尾燈與汽車環境照明等應用。
BMS提供完整的電池監控與保護功能
汽車電池管理系統（BMS）必須能夠滿足多種關鍵功能，例如電壓、溫度和電流監控、電池充電狀態（SoC）和鋰離子（Li-ion）電池的電池平衡。BMS需要具備電池保護功能，以防止在其安全操作區域之外進行操作時的安全性，并通過估計充電和放電期間的電池組充電狀態（SoC）和健康狀態（SoH）來監控電池。電池優化得益于電池平衡功能，可提高電池壽命和容量，從而優化混合動力（HEV）、插電式（PHEV）和純電動汽車（BEV）的行駛里程。
ST的汽車BMS解決方案是專為滿足苛刻的設計要求而設計，提供高度集成的解決方案，采用新型高度集成的電池管理IC L9963E，以及其配套的隔離式收發器L9963T，能夠在單向或雙向菊花鏈配置、嵌入復雜電池的情況下，對多達14節串聯電池提供最高精度測量監控和診斷功能，并完全符合嚴格的汽車安全ISO26262標準與ASIL-D系統合規性。
ST的L9963E是一款鋰離子電池監控和保護芯片，適用于高可靠性汽車應用和儲能系統，可串聯測量4到14個電池，以滿足48 V及更高電壓系統的要求，可高精度測量每個電池電壓，以及用于片上庫侖計數的電流，該器件最多可以監控7個NTC，信息透過SPI通信或隔離接口傳輸。
多個L9963E可以采菊花鏈連接，通過變壓器隔離接口與一個主處理器通信，具有高速、低EMI、遠距離、可靠的數據傳輸等特點。在正常和低功耗模式（靜默平衡）中，均提供具有可編程通道選擇的被動平衡，平衡可以根據內部定時器中斷自動終止，集成了9個GPIO，可用于外部監控，L9963E具有一套全面的故障檢測和通知功能，可符合AEC-Q100安全標準要求。
搭配微控制器提供電池模塊完整的保護
此外，搭配ST的32位汽車MCU系列、電源管理和系統基礎IC、VIPower智能開關、各種保護器件和用于數據記錄的汽車EEPROM，ST提供了一個全面而靈活的解決方案，來支持客戶的汽車級電池管理系統設計。
ST的L9963電池監控和保護IC可以處理多達14個鋰離子電池單元，并且可以垂直堆棧以監控多達15個電池組，對應于幾百伏的標稱電池電壓，并以16位分辨率監控單節電池或電池組的電壓、電流和溫度。
L9963適合由SPC5系列汽車MCU的微控制器輔助，根據通過一個或多個L9963收集的數據，執行電池平衡和SOH以及SOC計算。此BMS解決方案采用SPC57 4S系列的高性能MCU構建，具有高達1.5 MB的閃存和128 KB的RAM。該MCU具有兩個CAN-FD接口、8個具有廣泛觸發能力的增強型12位ADC，支持ASIL-D功能安全標準，并且采用QFP100封裝，工作溫度高達150℃。
根據最終應用在性能和安全級別方面的要求，所提出的實施方案可以適應各種ST的汽車MCU。SPC58 G系列可以實現最高的整體性能，最多支持三個內核和高達6Mbyte的內存大小，并增加了符合EVITA和SHE標準的硬件安全性。L9963的另一個優點是通用通信接口與BMS應用中，與采用變壓器或電容器的隔離技術兼容，器件可在不同電壓域中工作。
結語
在汽車電子化與電氣化發展的驅使之下，無論是傳統燃油車、混合動力汽車還是純電動車，汽車將越來越安全、越智能，這些改變為汽車的設計帶來了嶄新的樣貌，也為電子產業帶來龐大的商機。本文介紹的幾款ST產品僅只是汽車電子化的縮影，仍有更多龐大的市場與空間，值得大家發揮創意，搶進汽車產業的藍海新商機。
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