智能充电端口功能与直接盖板监测助力车辆安全升级
向电动汽车的过渡正在稳步推进，各大厂商不断推出新车型。然而，在人类出行的宏观图景中，电动汽车仍然是一种相对较新的技术。相比于内燃机汽车，电动汽车尚未经历数十年的发展和改进过程。安全性，尤其是围绕高压电池、充电器及相关部件的安全性，是一个至关重要的考虑因素。本文探讨了Melexis MLX81118，这是一款可靠、智能且高性能的24通道IC LED驱动器，用于电动汽车充电口的设计。 在汽车设计领域，安全性或许是最重要的单一因素。一辆车可以设计得外观吸引人、价格合理或性能卓越，但如果不安全或不够可靠，就无法在市场上立足，并且会对消费者构成危险。像安全气囊和安全带这样的安全设备，直接与乘客互动，是汽车安全的关键。然而，为了满足行业不断变化的需求，汽车安全系统正在持续进步，范围也超越了显而易见的直接措施。像仪表盘显示器和仪表这样的组件也在汽车安全中扮演着至关重要的角色，它们提供有关车辆状态的重要信息，并帮助检测潜在的问题。 随着整个行业向电动汽车（EVs）的过渡，车辆燃料来源和动力系统机制经历了大幅度重新设计。在这种重新设计下，车辆仪表系统有了全新而广泛的需求。这些需求对于保障驾驶员安全，以及向其提供诸如电池电量和剩余续航里程的关键信息至关重要。 制造商正在重新设计多年来几乎未曾改变的车辆系统，这催生了对新型创新解决方案的需求。这些解决方案不仅要满足安全需求，还要提供更高的功能性，从而提升用户体验。Melexis正处于这一努力的前沿，致力于开发挑战传统车辆安全系统定义的尖端解决方案。
告别加油点，迎接充电端口
燃油加注口一直以来都是依赖内燃机（ICE）的车辆中一个重要的设计元素。由于车辆燃油箱和重量分布的需求，即使是加注口在车辆上的位置也基本保持不变。
电动车（EV）在重量分布和包装限制方面与传统车辆有显著不同。其中一个显著优势是，相较于在燃油加注盖和油箱之间铺设长燃油管的难题，充电端口与电池组之间设计更长距离要容易得多。
这一进步使设计师在重新定位充电口以优化人机工程学方面拥有更大的灵活性。一个典型的例子是将充电口设置在车辆前端，这种设计方便与停车位前端的电动车充电站相匹配。
应对最新充电端口设计的需求
凭借丰富的经验和广泛的产品阵列，Melexis在汽车LED驱动市场中备受推崇，其最新解决方案瞄准的应用之一就是电动汽车充电端口。 电动汽车的功能很大程度上依赖于充电端口。这些设备使用频繁，既需要在运行中保持可靠，还需能够向用户指示充电状态。为了满足这些标准，越来越多的汽车制造商现在在充电点附近采用LED技术。 这些灯光用于显示充电状态，并通过静态或基本动态照明来指示任何潜在的错误。通过在连接点提供清晰的指示，终端用户可以轻松检查电池电量或识别任何潜在风险。电动动力系统的广泛采用使车辆设计更加复杂，从而对充电端口设计提出了更高的要求，例如舱盖监测和高压连接器温度感应等先进功能。 Melexis的全新 MLX81118 是一款智能的24通道集成电路（IC）LED驱动器，专为满足最新电动汽车充电端口的功能安全要求而设计（图2）。它配备了局域互联网络（LIN）接口，并符合ASIL（ISO 26262）认证，支持系统集成至ASIL B等级。
图 2: Melexis MLX81118 LED驱动器IC
通过其智能微控制单元（MCU）和嵌入式闪存，MLX81118允许实现灵活的系统设计以及方便的功能更新。该集成电路（IC）的核心功能是作为LED驱动器，提供可编程的电流源，每通道低端电流最高可达60mA（最大1A LED电流）以及16位PWM（500 Hz）用于亮度控制。 系统支持静态照明和基本的LED动画。每个LED都具备完整的诊断功能，并且可以通过测量LED阈值电压来确定其温度（图3）。
图3：Melexis MLX81118 框图及可选 GPIO 功能（来源：Melexis）
该产品的功能之所以与众不同，源于其多功能性。与典型用于充电端口的汽车LED驱动器不同，它提供了24个通道来驱动RGB和/或单色LED。此外，这些通道还可配置为通用输入/输出（GPIO）通道。通过GPIO功能，您可以获得5V输出电源（20mA电流）、支持SPI/I2C通信、外部唤醒功能，以及利用集成的模数转换器（ADC）配置GPIO的选项。 这种功能的存在使应用范围更加广泛，并提供了增强的功能性和本地化的控制能力，超越了传统LED集成电路（IC）的能力。
打造更智能的充电端口
通过利用 Melexis 的 MLX81118 的灵活性，工程师可以在不显著增加物料清单 (BoM) 中元件数量的情况下构建更智能的车载充电端口。 在充电点应用中，集成的 10 位 ADC 可以配置为 GPIO。这种配置可用于测量传感器温度，这些传感器位于充电端口内一个或多个高压连接器上。在功能安全环境中，关注充电连接器的温度至关重要。此外，IC 驱动器还包括一个内部温度传感器，用以补充外部测量数据，并提供充电端口环境温度的准确数据。 在上述设置中，MLX81118 能够有效地监控来自外部温度传感器的信息，并将其传递出去。例如，在发生过温错误时，可以利用 IC 的智能编程向驾驶员发出端口过热警报，可能通过激活附近的红色闪烁 LED 来实现。同时，该信息也可以通过已配置为 SPI 或 I2C 接口的 LIN 接口或 GPIO 通道传输到更广泛的组件和控制器。 除了与温度相关的功能之外，MLX81118 的适应性还能帮助工程师改进充电端口的其他安全领域，同时提升终端用户的体验（图 4）。
图 4: Melexis MLX81118 充电端口照明示例电路，包括温度传感器和挡板监测（来源: Melexis）
将霍尔开关或感应开关集成到系统中是一种实用的方法，用于监测充电口盖板的开启或关闭状态。Melexis的 MLX92292 （霍尔效应开关）或 MLX92442 （Induxis® 开关）传感器是一些可供参考的选择。霍尔传感器 IC 的输出端连接到 MLX81118 的 GPIO 接口，使得通过 LED 驱动器的 LIN 接口，车辆车身域控制器（BDC）能够监控盖板的位置。这种智能化的集成可以减少与车辆 BDC 的连接数量，同时通过盖板位置的变化直接激活 LED，实现更高效的控制。 这种盖板位置与 LED 驱动器的智能化集成和直接连接可以显著提升终端用户的体验。例如，当 MLX92292 检测到盖板开启时开关状态发生变化， MLX81118 可以被配置为激活充电口周围的 LED，在黑暗条件下提供照明。同样，设计者还可以选择添加智能功能，例如如果拔下充电器后充电口盖板未关闭，LED 闪烁显著提醒用户，从而降低在驾驶过程中导致损坏的风险。另一个选项是通过点亮不同数量的 LED 或改变颜色来显示充电状态。
结论
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