得益于未來(lái)車(chē)輛的新技術(shù),天窗和汽車(chē)車(chē)窗貼膜現(xiàn)已成為汽車(chē)的可編程功能。在開(kāi)關(guān)的轉(zhuǎn)動(dòng)處,您現(xiàn)在可阻擋通過(guò)汽車(chē)天窗的光線(xiàn)或在夜間駕駛時(shí)欣賞飄渺的星空。
一家名為Research Frontiers的制造商使用SPD-SmartGlass技術(shù)創(chuàng)造了電子玻璃貼膜。該技術(shù)通過(guò)在玻璃、塑料、丙烯酸或化學(xué)強(qiáng)化玻璃膜中調(diào)準(zhǔn)納米顆粒。這種玻璃可阻擋熱量、陽(yáng)光、紫外線(xiàn)和噪音。SPD-SmartGlass通過(guò)改變施加在玻璃上的電壓幅度,可即時(shí)、精確地控制進(jìn)入車(chē)輛的光線(xiàn)水平。
為驅(qū)動(dòng)這種動(dòng)態(tài)玻璃,需要高壓AC信號(hào)快速定向阻光納米顆粒。
智能天窗設(shè)計(jì)為車(chē)內(nèi)乘客提供了大量?jī)?yōu)勢(shì)。在貼膜狀態(tài)下,它可減少熱量傳遞并防止眩光,在貼膜和透明狀態(tài)下,它可減少紫外線(xiàn)和紅外線(xiàn)。控制貼膜著色水平允許用戶(hù)針對(duì)身邊的環(huán)境調(diào)整這些條件。
產(chǎn)生必要的高壓AC信號(hào)以控制汽車(chē)中的貼膜著色水平具有挑戰(zhàn)性,因?yàn)槠?chē)沒(méi)有易獲得的AC電壓源。相反,需要使用將汽車(chē)電池的DC電壓轉(zhuǎn)換為AC電壓的功率逆變器電路來(lái)產(chǎn)生AC電壓信號(hào)。
德州儀器的汽車(chē)SPD-SmartGlass驅(qū)動(dòng)器參考設(shè)計(jì) 展示了一種將DC轉(zhuǎn)換為AC電源的方法。該設(shè)計(jì)中的兩個(gè)核心組件是:
● 全橋驅(qū)動(dòng)器,用于將DC信號(hào)轉(zhuǎn)換為AC信號(hào)。
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(shè)計(jì)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(chǎn)生正弦波。
控制智能天窗著色水平
玻璃貼膜著色水平與驅(qū)動(dòng)波形的幅度直接相關(guān)。如圖3所示,以正弦速率不斷改變占空比會(huì)產(chǎn)生正弦波。濾波后,這會(huì)產(chǎn)生純正弦波輸出。可進(jìn)一步調(diào)整脈沖寬度調(diào)制(PWM)占空比,以控制該正弦波的幅度。
另一個(gè)幅度控制選項(xiàng)是調(diào)整提供給全橋的電壓。驅(qū)動(dòng)橋本身的正弦波PWM永遠(yuǎn)無(wú)需調(diào)整,且縮放提供電橋的電壓將導(dǎo)致正弦振幅的必要變化。這是參考設(shè)計(jì)中使用的方法。
為了驅(qū)動(dòng)FET并最終驅(qū)動(dòng)SmartGlass,兩個(gè)半橋柵極驅(qū)動(dòng)器 (UCC27712-Q1) 為全橋配置。由于其互鎖和死區(qū)時(shí)間功能,UCC27712-Q1用于此應(yīng)用,以確保高側(cè)和低側(cè)FET不會(huì)同時(shí)導(dǎo)通。
控制高壓DC/DC壓的反饋管腳管理全橋的電源。通過(guò)使用連接到LM5155-Q1升壓轉(zhuǎn)換器的FB管腳的入電阻,直流電壓(由圖3中的節(jié)點(diǎn)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(guò)使用電阻-電容(RC)濾波器和緩沖器對(duì)來(lái)自微控制器的PWM信號(hào)進(jìn)行濾波而產(chǎn)生,從而創(chuàng)建PWM數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)。圖4說(shuō)明了不同的PWM占空比和RC緩沖電路如何產(chǎn)生不同的DC電壓電平,以用于熔絲盒入電路。
圖4:PWM DAC信號(hào)鏈
產(chǎn)生高壓直流信號(hào)
參考設(shè)計(jì)的另一個(gè)獨(dú)特功能是連接到升壓轉(zhuǎn)換器的電荷泵電壓三倍器,如圖5所示。電荷泵使升壓轉(zhuǎn)換器的電壓輸出增加三倍,以便能夠生成200V電源,而無(wú)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(chǎn)生200V電壓的方法的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是圖5中的開(kāi)關(guān)金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)Q2只需對(duì)底部輸出電容C16上的電壓進(jìn)行額定。這使您可在設(shè)計(jì)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(huì)增加。當(dāng)試圖以2 MHz的頻率控制MOSFET時(shí),這些電容會(huì)導(dǎo)致壓擺率和上升時(shí)間問(wèn)題,因此較低的電壓要求可更容易找到具有適當(dāng)輸入和輸出電容的MOSFET。
電荷泵還減少了開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)上的應(yīng)力。為從約10 V升至約200 V,開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)需要極高的占空比,從而留下極小的關(guān)斷時(shí)間,并給升壓轉(zhuǎn)換器帶來(lái)很大應(yīng)力。由于電荷泵將轉(zhuǎn)換器的電壓降低三分之一(以三倍于輸出電流為代價(jià)),因此占空比和關(guān)斷時(shí)間要求顯著降低。
結(jié)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(yàn)。我們的電子產(chǎn)品創(chuàng)新可助您加快將此項(xiàng)新技術(shù)作為未來(lái)智能駕駛的重要組成部分的過(guò)程。