2 汽車儀表板和 ADAS 負載

高級駕駛輔助系統(tǒng)的理念是充分利用用戶的多種感官輸入。用戶和/或駕駛員是目標受眾，因此負載通常是功率較低的系統(tǒng)。儀表板和 ADAS 負載可以涵蓋分別利用聽覺、觸覺和視覺功能的蜂鳴器、電機和照明儀表組警告。集成到車輛中的所有負載并非都以安全為目標。集成方向盤加熱器和轉(zhuǎn)向柱運動電機或踏板運動電機等負載的目的是提高駕駛員的舒適度和整體易用性。測量儀器照明儀表組等一些系統(tǒng)可以執(zhí)行雙重功能，既可以增加車內(nèi)照明來提高舒適度，也可以對外部傳感器刺激做出響應。因此，ADAS 和儀表板負載本質(zhì)上可以是電阻性、電容性和電感性的。TPS1HC100-Q1 高側(cè)開關(guān)可與電阻性、電容性和電感性負載兼容，專為驅(qū)動低功率 ADAS 負載量身定制。這些負載的示例如圖 2-1 中所示

圖 2-1 一些傳統(tǒng)的低功耗汽車儀表板負載示例

電阻性負載

電阻性負載是高側(cè)開關(guān)最常見的負載。它們是非常簡單的驅(qū)動負載，因為此類負載是線性系統(tǒng)。常見的電阻性負載是方向盤加熱器。將一個長電阻線圈放置在方向盤周圍，或者將電阻元件貼片放置在某些接觸點上。當電流通過這些線圈或元件時，它們會根據(jù)直流電流的平方乘以元件的指定電阻而升溫。系統(tǒng)的電壓是已知的并且元件的導通電阻已指定，因此通過線圈的電流很容易使用歐姆定律計算得出。

在這種情況下，使用像 TPS1HC100-Q1 這樣的 TI 高側(cè)開關(guān)益處頗多，不僅因為其內(nèi)置的電流限制保護功能，而且更多是因為系統(tǒng)集成的高精度電流感測功能。該系統(tǒng)測量流經(jīng)功率 FET 的電流，并使用內(nèi)部電流鏡，通過器件的 SNS 引腳輸出成比例的電流。使用從 SNS 引腳到 GND 的精確感測電阻，可以將此成比例的電流輸出轉(zhuǎn)換為可測量的比例電壓信號。然后可以將該電壓讀入控制器或 ADC 并執(zhí)行進一步處理。

充分利用該系統(tǒng)的一個應用示例是改變方向盤加熱器散發(fā)的熱量。加熱器最初可以保持在直流開啟狀態(tài)，以將方向盤加熱到舒適的溫度，一段時間后，可以對開關(guān)進行 PWM 控制，以降低流過加熱器的平均電流。然后，準確的電流感測能夠告訴控制器溫度是多少以及系統(tǒng)中是否存在任何故障。所有這些都是在不需要專用電流感測電路的情況下執(zhí)行的，從而節(jié)省了寶貴的 PCB 空間。

電容性負載

TI 的高側(cè)開關(guān)產(chǎn)品（如 TPS1HC100-Q1）可用于驅(qū)動大容量負載和保持電容性負載。揚聲器、蜂鳴器、顯示器和照明儀表組通常具有較大的輸入電容，這是很常見的。根據(jù)連接到電池電壓后上電時的上升時間，可能會在這些系統(tǒng)中看到大浪涌電流，因為電流僅受電纜寄生電感和電阻的限制。浪涌電流可能顯著高于系統(tǒng)所需的直流電流，這導致需要使用更長的電纜、更大的跡線和能夠處理更大浪涌電流的開關(guān)。

TPS1HC100-Q1 通過提供高精度電流限制來規(guī)避這些問題。此功能對于在短路事件期間保護負載和電源也很有用，而對于導通電容性負載非常有用。該器件包括一個 ILIM 引腳，用戶可從該引腳將一個限流電阻器接地。與電流感測系統(tǒng)類似，存在一個內(nèi)部電流鏡，將一部分負載電流推出引腳并流過該電阻器。當該引腳上的電壓高于電流限制的內(nèi)部閾值時，器件從線性工作模式轉(zhuǎn)為電阻模式，以將電流保持在指定值。限流電阻的大小與器件達到限制的值有關(guān)。

這方面的一個應用示例是導通電容式顯示器或照明儀表組。在導通過程中不會出現(xiàn)大的浪涌尖峰，通過器件的電流保持恒定，并且隨著電容器充電，輸出電壓緩慢上升。這樣就可以針對較低電流設計內(nèi)部布線、跡線寬度和 PCB 面積。在要充電的電容器非常大的情況下，或者如果存在更像是對 GND 短路的故障，器件會將電流限制在設定的水平。由于這涉及到 FET 上的功耗，器件會發(fā)熱并最終達到熱關(guān)斷，從而關(guān)閉器件并保護系統(tǒng)。

電感性負載

電感性負載是以磁場的形式存儲能量的負載。這些負載對于高側(cè)開關(guān)非常常見，尤其是在大功率系統(tǒng)中，因為將開關(guān)板連接到非板載負載的電纜長度通常具有足夠的寄生電感以保持高能量。對于 ADAS 系統(tǒng)，功率級別較低且電纜長度不足，因此電機和繼電器等專用電感性負載尤其值得關(guān)注。

電感器會嘗試阻止流過它的電流發(fā)生任何變化。這意味著在導通事件期間，電感器將導致充電和開啟速度變慢。一旦達到直流電流，電感器就被視為一個小的電阻元件。該問題出現(xiàn)在電感性負載發(fā)生關(guān)閉事件期間。即使開關(guān)已關(guān)斷，電感器也會再次阻止流過它的電流發(fā)生變化。存儲在電感器內(nèi)的磁能轉(zhuǎn)化為勢能，并在電感器上產(chǎn)生很大的瞬態(tài)電壓。因此，開關(guān)輸出端會出現(xiàn)很大的非穩(wěn)壓電壓尖峰，這可能會損壞開關(guān)。

TI 高側(cè)開關(guān)（如 TPS1HC100-Q1）能夠經(jīng)受住此類事件帶來的考驗。關(guān)斷電路后，高側(cè)開關(guān)輸出端的電壓瞬間開始下降。該器件在 FET 的漏極和源極之間集成了一個電壓鉗位，以保持主動放電路徑，感應電能可以通過該路徑進行去磁。因此，壓降被調(diào)節(jié)至鉗位電壓，并且在系統(tǒng)中看不到較大負尖峰。電流能夠通過鉗位再循環(huán)，能量以熱量的形式耗散。這種集成鉗位意味著不需要反激式或大功率再循環(huán)二極管，從而節(jié)省了電路板空間和 PCB 成本。

有關(guān)驅(qū)動電阻性、電容性和電感性負載的更多信息，請參閱此處的應用手冊。有關(guān)為 TPS1HC100-Q1 設置電流限制和電流感測電阻器的更多信息，請參閱此處的數(shù)據(jù)表。