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基于TI MSPM0 MCU的车载充电机插枪唤醒方案

2023/2/1 13:54:00
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    车载充电机（OBC）在整车下电后，为保证低功耗，包括主控MCU在内的绝大部分电路都处于休眠状态，此时需要一个低功耗的常待机唤醒模块，检测充电枪的插枪信号，来唤醒车载充电机主电路。本文将介绍基于TI MSPM0 MCU的唤醒方案，相对于传统方案，具有高兼容性，高可靠性，便于维护，更低功耗，以及小体积等优点。


    1.  GB/T 18487.1-2015


    在展开讲述前，我们需要简单了解一下国内比较通用的电动汽车的充电协议标准-GB/T 18487.1-2015（电动汽车传导充电系统 第1部分：通用要求）。


    主要的充电握手步骤可以简单拆分成以下几点：


    1. 车辆检测CC端口阻值，判断车端连接头的连接状态（断开/半连接/连接状态）；


    2. 充电设备监控检测点1的电平，判断线缆是否接好，且本身无故障，如果一切就绪，则S1切换到PWM档；


    3. 车辆检测CP占空比，以及电压值，初步判断是否为有效值，判断S1是否已经切换到PWM档；


    4. 车辆自检，无故障，且电池处于可充电状态，则闭合S2；


    5. 设备检测点1的峰值电压满足要求（检测S2是否闭合），则充电设备闭合主继电器K1, K2；


    6. 车辆进一步检测CC,CP值，协商充电电流大小，开始充电。


    基于TI MSPM0 MCU的车载充电机插枪唤醒方案


    2.  基于TI MSPM0 MCU的唤醒方案


    本文论述的插枪唤醒方案的主要功能，是通过检测端口的电气参数，判断插枪状态，进而唤醒主MCU来进行进一步的充电握手，达到整机在汽车熄火状态下的低功耗要求。


    插枪唤醒方案框图如下。由于MSPM0 MCU需要长期待机，需要一颗低功耗，宽输入电压的LDO给其供电。端口电气参数检测方面，以交流充电桩为例，它是通过检测CC端口的电阻值,  或者CP端口上的电压以及占空比等信息，通过检测数值范围判断插枪状态的有效性和唤醒源。其中CC端口的电阻检测需要MCU的ADC模块或者比较器模块，判断此时电阻值，而CP端口的电压以及占空比信息则需要ADC模块以及Timer。当检测到有效的插枪状态，则通过GPIO拉高 HOST MCU 供电LDO的使能引脚，HOST MCU上电。并通过检测MSPM0 MCU发过来的PWM占空比， 分辨唤醒源。


基于TI MSPM0 MCU的车载充电机插枪唤醒方案


    3.   TI 车规级MCU-MSPM0


    MSPM0是TI基于Arm? 32-bit Cortex?-M0+内核的全新MCU系列。拥有非常丰富的产品矩阵，从8pin到100pin，从4kB到512kB的Flash，从1kB到128kB的SRAM，从32MHz到80MHz的主频，以及丰富的外设资源：ADC, DAC, Timer, 运放，比较器，丰富的通信接口：UART (LIN), I2C (FM+), SPI, and I2S, CAN-FD, USB 2.0 FS, LCD, Secure boot, AES256, TRNG等。满足不同的车载使用场景。


    4. 方案优势


    4.1 高兼容性


    即便GB/T 18487.1-2015对充电协议进行了规范，但是各大主机厂对插枪唤醒的要求各不相同：


    唤醒延时时间：从插枪到唤醒host MCU的时间，根据这个时间配置消抖滤波时间；


    唤醒条件：CP高电平电压根据不同的充电桩有不同的规格。此外，车厂还会定义有效信号的持续时间要求。


    唤醒源：CC唤醒, CP唤醒, 预约充电，以及V2L等模式。


    针对以上需求差异，传统的分立电路方案需要搭建复杂的电路，且调整相应参数，来适配不同的需求，不利于硬件平台化开发。而使用MCU方案可以使开发者使用同一套硬件方案，通过改软件来轻松适配不同的需求，有利于平台化开发，减少开发时间。


    4.2 高可靠性


    传统分立方案需要用到大量阻容器件，以及三极管。整体功耗受温度影响较大。另外，不同厂家的器件一致性差异大，在考虑最恶劣情况下，增加了设计难度，此外，对物料管控也是一个挑战。


    4.3 便于维护


    在汽车出厂后，针对车厂的新需求，或者充电桩的新工况，基于MCU架构的方案可以通过OTA的方法，灵活调整唤醒条件，适应最新的需求，便于后期维护。


    4.4 低功耗


    随着主机厂对低功耗的要求越来越高，尤其当静态电流要求降低到100uA以内时，分立方案难以满足。TI MSPM0系列内置Timmer，且在standby模式下仍然可以工作。 可自定义唤醒时间，定期把MCU从standby模式唤醒到normal模式来进行定期检测。而TI MSPM0系列在standby模式下的静态电流在全温度范围内的典型值在10uA左右，由于MCU在大部分时间处于standby模式，因此平均电流损耗可以轻松满足要求。


    总结


    本文详细描述了基于TI MSPM0 MCU的车载充电机插枪唤醒模块的运行原理，并展示了和传统方案相比，在兼容性，可靠性，可维护性，低功耗方面的优势。为满足工况日益复杂，参数要求严苛的插枪充电场景提出了有效方案。


    参考文献


    [1] GB/T 18487.1-2015


    [2] MSPM0L130x datasheet


    来源：TI


    作者：Terry Liang
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