2 汽车仪表板和 ADAS 负载

高级驾驶辅助系统的理念是充分利用用户的多种感官输入。用户和/或驾驶员是目标受众，因此负载通常是功率较低的系统。仪表板和 ADAS 负载可以涵盖分别利用听觉、触觉和视觉功能的蜂鸣器、电机和照明仪表组警告。集成到车辆中的所有负载并非都以安全为目标。集成方向盘加热器和转向柱运动电机或踏板运动电机等负载的目的是提高驾驶员的舒适度和整体易用性。测量仪器照明仪表组等一些系统可以执行双重功能，既可以增加车内照明来提高舒适度，也可以对外部传感器刺激做出响应。因此，ADAS 和仪表板负载本质上可以是电阻性、电容性和电感性的。TPS1HC100-Q1 高侧开关可与电阻性、电容性和电感性负载兼容，专为驱动低功率 ADAS 负载量身定制。这些负载的示例如图 2-1 中所示

图 2-1 一些传统的低功耗汽车仪表板负载示例

电阻性负载

电阻性负载是高侧开关最常见的负载。它们是非常简单的驱动负载，因为此类负载是线性系统。常见的电阻性负载是方向盘加热器。将一个长电阻线圈放置在方向盘周围，或者将电阻元件贴片放置在某些接触点上。当电流通过这些线圈或元件时，它们会根据直流电流的平方乘以元件的指定电阻而升温。系统的电压是已知的并且元件的导通电阻已指定，因此通过线圈的电流很容易使用欧姆定律计算得出。

在这种情况下，使用像 TPS1HC100-Q1 这样的 TI 高侧开关益处颇多，不仅因为其内置的电流限制保护功能，而且更多是因为系统集成的高精度电流感测功能。该系统测量流经功率 FET 的电流，并使用内部电流镜，通过器件的 SNS 引脚输出成比例的电流。使用从 SNS 引脚到 GND 的精确感测电阻，可以将此成比例的电流输出转换为可测量的比例电压信号。然后可以将该电压读入控制器或 ADC 并执行进一步处理。

充分利用该系统的一个应用示例是改变方向盘加热器散发的热量。加热器最初可以保持在直流开启状态，以将方向盘加热到舒适的温度，一段时间后，可以对开关进行 PWM 控制，以降低流过加热器的平均电流。然后，准确的电流感测能够告诉控制器温度是多少以及系统中是否存在任何故障。所有这些都是在不需要专用电流感测电路的情况下执行的，从而节省了宝贵的 PCB 空间。

电容性负载

TI 的高侧开关产品（如 TPS1HC100-Q1）可用于驱动大容量负载和保持电容性负载。扬声器、蜂鸣器、显示器和照明仪表组通常具有较大的输入电容，这是很常见的。根据连接到电池电压后上电时的上升时间，可能会在这些系统中看到大浪涌电流，因为电流仅受电缆寄生电感和电阻的限制。浪涌电流可能显著高于系统所需的直流电流，这导致需要使用更长的电缆、更大的迹线和能够处理更大浪涌电流的开关。

TPS1HC100-Q1 通过提供高精度电流限制来规避这些问题。此功能对于在短路事件期间保护负载和电源也很有用，而对于导通电容性负载非常有用。该器件包括一个 ILIM 引脚，用户可从该引脚将一个限流电阻器接地。与电流感测系统类似，存在一个内部电流镜，将一部分负载电流推出引脚并流过该电阻器。当该引脚上的电压高于电流限制的内部阈值时，器件从线性工作模式转为电阻模式，以将电流保持在指定值。限流电阻的大小与器件达到限制的值有关。

这方面的一个应用示例是导通电容式显示器或照明仪表组。在导通过程中不会出现大的浪涌尖峰，通过器件的电流保持恒定，并且随着电容器充电，输出电压缓慢上升。这样就可以针对较低电流设计内部布线、迹线宽度和 PCB 面积。在要充电的电容器非常大的情况下，或者如果存在更像是对 GND 短路的故障，器件会将电流限制在设定的水平。由于这涉及到 FET 上的功耗，器件会发热并最终达到热关断，从而关闭器件并保护系统。

电感性负载

电感性负载是以磁场的形式存储能量的负载。这些负载对于高侧开关非常常见，尤其是在大功率系统中，因为将开关板连接到非板载负载的电缆长度通常具有足够的寄生电感以保持高能量。对于 ADAS 系统，功率级别较低且电缆长度不足，因此电机和继电器等专用电感性负载尤其值得关注。

电感器会尝试阻止流过它的电流发生任何变化。这意味着在导通事件期间，电感器将导致充电和开启速度变慢。一旦达到直流电流，电感器就被视为一个小的电阻元件。该问题出现在电感性负载发生关闭事件期间。即使开关已关断，电感器也会再次阻止流过它的电流发生变化。存储在电感器内的磁能转化为势能，并在电感器上产生很大的瞬态电压。因此，开关输出端会出现很大的非稳压电压尖峰，这可能会损坏开关。

TI 高侧开关（如 TPS1HC100-Q1）能够经受住此类事件带来的考验。关断电路后，高侧开关输出端的电压瞬间开始下降。该器件在 FET 的漏极和源极之间集成了一个电压钳位，以保持主动放电路径，感应电能可以通过该路径进行去磁。因此，压降被调节至钳位电压，并且在系统中看不到较大负尖峰。电流能够通过钳位再循环，能量以热量的形式耗散。这种集成钳位意味着不需要反激式或大功率再循环二极管，从而节省了电路板空间和 PCB 成本。

有关驱动电阻性、电容性和电感性负载的更多信息，请参阅此处的应用手册。有关为 TPS1HC100-Q1 设置电流限制和电流感测电阻器的更多信息，请参阅此处的数据表。