弗劳恩霍夫系统与创新研究所 (The Fraunhofer Institute for Systems and Innovation Research) 研究确定，电动汽车平均每月充电21次；相比之下Statista数据显示内燃机汽车每月只需加油2到4次。因此，电动汽车的充电装置是实现便捷操作的核心组件。
作者：儒卓力汽车业务部门(ABU)现场应用工程师Rahul Naik
图片来源：Elmos 半导体
人们通常认为电动汽车的组件会采用最先进技术，充电挡板也不例外。毕竟，汽车充电是日常必需的频繁操作。充电操作不仅要求安全，还要尽可能方便。
充电挡板在这方面起着决定性作用，它原本就是充电过程中的组件。同时也有必要保护充电端口免受环境和其他外部影响，以延长使用寿命。除了在传统汽车中占据主导地位的手动挡板外，电动充电挡板也越来越多，尤其是在电动汽车中。因此，在视觉和功能细节上对其进行升级是很有意义的。
照明改善黑暗中的充电操作
在充电端口上配备光源，用户在黄昏或黑暗中插入充电插头变得更加容易。建议使用高能效LED，因为它们提供了更大的设计自由度。例如，LED显示屏的颜色和形状还可用于显示充电过程和电池充电状态的信息。如要实现这些功能，需要专用的IC驱动器来控制LED的颜色和亮度。
Elmos的E521.39就是用于RGB和RGBW LED的驱动器(图 1)。这款单芯片解决方案结合了带闪存的集成微控制器、LIN收发器和四个集成电源，还支持LIN自动寻址。四个驱动器中的每一个都能驱动电流高达60 mA的外部负载，这意味着E521.39是目前市场上每通道输出电流最高的产品之一。每个通道都有一个分辨率为16位的脉宽调制(PWM)发生器，可以通过LIN接口单独设置每个输出的PWM占空比，而温度和电压补偿则确保RGB LED保持设定的颜色。通过这种方式，E521.39可以在任何天气条件下实现稳定的输出颜色，也可根据车辆的充电状态改变颜色。
图1：Elmos 半导体的 E521.39 RGBW LED 驱动器具有集成微控制器和 LIN 收发器、四个 PWM 发生器、四个电流源以及诊断功能。
在睡眠模式下，这款驱动器在整个温度范围内的耗电量通常为 15-30 μA；对于汽车用途，可以保持AEC-Q100认证需要的 -40°C 至 +125°C温度范围。
非接触式控制
对于不想手忙脚乱或者弄脏手的终端客户来说，非接触式开关充电挡板是另一个真正的独特卖点。
Elmos 半导体公司的 E909.21 控制器甚至能够实现手势识别。它基于 Elmos自身成熟的 Halios 技术，通过比较被检测物体反射的红外光束和参考光束，实现了可靠的物体检测。E909.21具有高灵敏度特性，对于高达200,000 lux的环境光具有无与伦比的抗干扰能力，并且能够应付环境光的快速变化。此外，这款控制器在车辆的整个使用寿命期间都无需校准。Halios频率可扩展至 1 MHz，不会干扰其他光学系统 (图 2)。
图 2：Elmos 半导体公司的 E909.21 控制器采用 Halios 技术，具有高灵敏度，不受环境光和亮度快速变化的影响。
E909.21可连接两个接收器驱动器和四个 LED 驱动器，每个驱动器的功率为 100 mA，也能够并联以应对更大的电流。集成的16 位微控制器具有闪存、SRAM、高速 I2C 和 SPI，可通过两线或四线JTAG进行编程。
除了提供包括E909.21在内的 E909 产品系列，Elmos 半导体公司还为其他人机界面(HMI)概念提供了可扩展的产品。例如，E909.23针对车载触摸显示屏的手势控制应用进行了优化。它同样基于Halios技术，具有高灵敏度、自动校准、抵抗环境光和亮度快速变化干扰等优点。
带有执行器的充电挡板
当然，充电挡板的非接触式控制还需要一个执行器。通常情况下，执行器由电机、齿轮和相应的IC驱动器组成。IC驱动器的任务是灵活控制电机，使得挡板平稳地打开和关闭。为了始终能够确定电机的最佳控制，还必须监测挡板的位置。
为此，Elmos 半导体公司还推出了一款成本优化芯片，即完全集成的系统级芯片(SoC) 控制器 E523.63(图 3)。它可实现驱动电流高达 1 A 的高精度电机控制。这款控制器设计用于驱动三相无刷电机 (BLDC)、两相步进电机，或者最多两个传统直流电机。为此，该产品将一个 32 位 Arm Cortex-M23微控制器和一个模拟电机驱动器集成在小型TSSOP16-EP封装中。它的集成测量系统可为无传感器闭环控制换向提供所有输入信号，并提供大量监控和诊断功能。
图 3：E523.63是适用于中低功率执行器和风扇应用的一体化芯片。
对于驱动电流超过1 A的高功率应用，Elmos提供E533.06产品，这款SoC控制器基于 32 位 Arm Cortex-M4微控制器，在QFN48封装中集成了一个96 kB程序存储器、最先进的协处理器和模拟栅极驱动器。所集成的PWM和ADC加速器提高了无传感器单并联电机控制的性能，能够实现先进的控制算法，例如低CPU 负载的磁场导向控制 (FOC)。E523.63和E533.06都通过了AEC-Q100认证，并符合ISO 26262标准(ASIL B)。它们具有宽工作温度范围，从-40°C到+150°C。由于采用了微控制器，所有功能IC都能够灵活地适应新的系统和创新，从而满足未来的要求。