转向灯的故障诊断分析

转向灯的故障诊断分析

杨富花

智博汽车科技（上海）有限公司201101

摘 要：现在车身控制器中多采用智能功率驱动芯片来进行驱动转向灯，本文着重分析了一个车身控制器中，基于英飞凌的器件BTT6030-2ERA实现转向灯的故障诊断过程，说明了如何在标定后实现短路、开路与欠载诊断，保证了转向灯功能的稳定。

【关键词】：转向灯 诊断 欠载 标定

0引 言

灯光是汽车很重要的组成部分，转向灯的主要功能是在机动车辆转向时开启，用来提示前后左右车辆及行人注意，它作为极其重要的信号灯，对于汽车安全关系重大。因此，转向灯的故障诊断，即转向灯坏了如何进行检测，是产品设计中很关键的部分。

1 转向灯的驱动

随着半导体技术的发展，越来越多的模块中采用智能功率驱动芯片来驱动车上的负载，如转向灯，雾灯，刹车灯，位置灯等。相对传统的继电器来讲，智能功率驱动芯片具有体积小，可靠性高的优点，且能够利用芯片的功能实现对负载的开路、短路等故障的检测。这类器件具有欠压保护、过电压保护、过流保护、短路保护、过热保护等保护性功能，它的应用将提高系统的稳定性与可靠性。

在24伏车身控制器项目的一个车型上，转向灯的功率是63W，即：左前转向灯、左后转向灯、左侧转向灯各为21W，即3*21W=63W；三路转向灯一起驱动。根据芯片的驱动能力进行分析[1]，选择英飞凌的高边驱动芯片BTT6030-2ERA进行驱动，能够满足转向灯的功率需求。

2 转向灯的诊断分析

2.1 转向灯的诊断要求

针对转向灯，国家法规和客户都会有一定的要求。

1）法规规定

GB4785-2019里提到，转向信号灯赢配备工作指示灯。其可以是指示灯（视觉的）或发声器（听觉的），或者两者兼有。若是指示灯应是闪烁的，当前或后转向信号任一发生故障时，该指示灯或熄灭，或不再闪烁，或以另一种明显不同的频率闪烁。

2）客户的功能规范

客户的功能规范里明确要求必须有故障诊断功能，具体要求如下：

① 当转向灯外部端口发生故障时，控制器应控制仪表转向指示灯与转向灯实际状态一致。（注：开路性故障，仪表转向指示闪烁频率加倍）。

② 转向灯对地短路：

当工作于转向灯工作模式时，当转向灯由于对地短路或者过载而上报故障时，并且立即关断该侧转向灯高边驱动芯片，即停止转向灯输出。

需重新满足开启条件，输出可以恢复正常。

注：转向灯两路输出时，一路短路，关闭当前短路的输出，另一路输出需倍频闪烁。

③ 输出端负载欠载或者开路：

在转向灯/变道工作状态功能下，如果其中至少一个转向灯损坏，同一侧的其它转向灯以倍频工作，即以200ms±40ms亮，200ms±40ms灭的工作周期闪烁。

当欠载或开路故障排除时也可以恢复正常输出频率。

2.2 BTT6030-2ERA的诊断原理

芯片诊断的内部框图[2]如图2所示。

图1 模拟电流检测内部框图

从图1可以看出，芯片内部有一个镜像的MOS管，正常情况下将流过主MOS的电流(IL）以一定比例（Kilis）转化为诊断电流；而当发生短路等故障时，会触发短路保护电路，直接输出电流源Iis(fault)。在该芯片的IS脚接一个电阻Rcs（常用1kΩ），即可将电流转化为电压Vcs，从而接到MCU的模拟口进行判断比较。

2.3转向灯的诊断分析

     根据图2的框图可以看出，Iis=IL/Kilis，IL为负载电流，Kilis（K）为负载电流转换为采样电流的比例系数。Kilis的值[2]如表1所示。

表1 Kilis的值

从表1可以看出，电流越小，偏差越大，在0.5A时，会有25%的偏差,是一个很大的误差因素。

2.3.1 短路诊断

当芯片打开，输出端OUT0或者OUT1短路到地时，芯片中会流过很大的电流，会触发fault，输出一个电流源Iis(fault)，该值的典型值为15mA,最小值为6mA，最大值为40mA，则短路时Vcs=1000*6mA=6V>5V,故单片机读到的模数转换值（AD值）很大，比负载为IL时大很多，很容易区分。

2.3.2 开路诊断

当负载完全开路（或者断路）时，负载电流近似为0，此时单片机读到的AD值会很小，比负载为IL时小很多，也很容易区分。

2.3.3 欠载诊断

3个21W的灯泡，如果只坏了一个，即还有42W，此时需要将42W和63W的反馈值进行区分。灯泡的电流IL为：

IL=P/V                                                               (1)

其中，P为灯泡的功率，V为灯泡的电压。

首先根据式（1）计算42W和63W的电流值，得到表2.

表2 63W和42W的电流值

从表8中数据可以看出：

1）全电压范围内，42W在32V下的最大值2.2140要比63W在18V下的最小值2.0616大，故在全电压范围（18V-32V）内无法区分。

2）同一个电压下，仅仅考虑灯泡功率的误差，63W的电流最小值要大于42W的电流最大值，理论上是可以区分的，需要再计算分析。

根据高边功率芯片的原理和灯泡模型[3]的估算，得出：

Vcs=IL/Kilis*Rcs

   =(Vbat/Vref)^0.5*P/Vref/Kilis*Rcs                                            (2)

当Vbat=Vref时，得到Vcs=P/Vref/Kilis*Rcs, 将此值定义为Vcs(ref)                 (3)

则不同电压下的Vcs=(Vbat/Vref)^0.5* Vcs(ref)                                    (4)

由式（4）得出：Vcs(ref)=Vcs/((Vbat/Vref)^0.5)                                   (5)

根据式(5)即可将不同电压下采样得到的Vcs折算到固定电压Vref下去比较。

计算中将电压转换为AD值，需要用到式(6)。

AD（Vcs）=Vcs/5*4095                                                      (6)

考虑最坏情况分析，得到42W的最大值和63W的最小值的在24V电压下的计算结果如表3所示。

表3 42W和63W计算的AD值

由表3中可以看出，由于芯片与芯片之间Kilis值的偏差范围很大，导致计算的AD值会有重叠，如表中758到908之间的数就是重叠范围。故需要对芯片进行Kilis标定，标定后芯片的偏差只有6%，重新计算如表4所示，可以看出，标定后，就能够实现有效区分，没有重叠区间。

表4 42W和63W计算的AD值（标定后）

3 结论

综上所述，在驱动转向灯时，使用BTT6030-2ERA不仅可以实现功率驱动，而且可以有效区分出负载开路、欠载、过载、短路等情况，满足客户的需求。经过测试，证明该方法稳定可靠。

参考文献

[1] Lamp Driving Capability of PROFET+.https://www.infineon.com/dgdl/Infineon-PROFET+%20Lamp%20Capability-AN-v01_00-EN.pdf?fileId=5546d4625b62cd8a015bc8bfb31c31be

[2] PROFET™ +24V Short introduction to PROFET™ + 24V. https://www.infineon.com/dgdl/Infineon-AppNote_Short_Introduction_To-PROFET+24V-AN-v01_00-EN.pdf?fileId=5546d4625b62cd8a015baa99a3a21479

[3] 朱玉龙.汽车电子硬件设计.北京：北京航空航天大学出版社，2011.10

作者简介:杨富花,女,硕士,多年来一直从事产品的开发与设计等技术工作。