分分合合，门模块方案又兴起了

前言

最近接触了一些之前做门锁、门控、BCM的客户，发现他们或多或少都在做一些门模块控制器的项目。按照之前的认知，在车身Zonal控制器流行之后，边缘节点的控制器会被Body ZCU集成，传统做边缘节点的客户，如果没有足够强大的电子研发团队，逐渐只需要提供结构件。但是和这些客户聊完之后，发现自己之前的认知有失偏颇。以门模块为例，很多车型还是会继续保留，主要的原因如下：

• Body ZCU集成所有车身节点的功能，会导致部分区域的线束布局不合理，尤其是小电机部分，电机驱动电路和电机本体之间的线束会大大加长。

• Body ZCU集成所有车身节点的控制功能，会导致售后维修成本大大增加。如果左前门的控制异常，按照Body ZCU的架构，需要更换整个Body ZCU控制器，如果是ZCU+门模块的架构，只需要更换门模块PCBA。

当然，Body ZCU也有好处，更符合SDV（软件定义汽车）的趋势，方便整车OTA。10Base-T1S的出现或许能将两种方案的优势都集成，这个文末再提。

1.方案概述

1.1 功能需求

上表是笔者整理的门模块需求列表以及推荐的芯片。其中：

• 门模块主要负责后视镜、车窗、车门、车锁的控制，以及对外的CAN、LIN通信。

• 车锁是否需要单独一个执行器，取决于车锁厂家的结构设计。

• 装在门内的氛围灯，有时是智能座舱直接给出LIN信号调度，有时经过门模块提供的CAN转LIN小网关进行调度。

1.2 框图

如上是常见的门模块的框图，主要的芯片和功能说明如下：

• 主控选用NXP的S32K312，主频120MHz，Flash为2M，支持功能安全ASIL-B和最高等级的信息安全。

• 如果是传统后视镜，选择6路半桥NSD8306，如果是无边框后视镜，需要两路最高10A电路的H桥，推荐NSD7315。后视镜加热推荐使用高边开关NSE35008（8mΩ内阻）。

• 车窗升降电机的电流在10-15A，电动门的电流在20A左右，推荐用一颗4路的预驱加外置MOS管驱动，4路预驱推荐NSD3604。如果客户有纹波防夹算法，可以使用NSD3604内置的差分运放。如果MCU算力有限，可以使用AB相霍尔，推荐MT73xx系列。电动门的电机一般都带霍尔，方便软件控制。

• 因为门模块带的电机负载较多，推荐在电池后端增加理想二极管做防反，推荐NSE14700。如果需要给门上的门锁执行器和氛围灯配电，推荐使用高边开关NSE35008。

• 为了门模块控制器的PCBA尽量小，推荐使用NSR9263这类集成芯片。

• 如果车锁需要单独的执行器，推荐KEAZN32加NSD7314/NSD7315。

• 如果门模块常见也需要做氛围灯，推荐纳芯微的集成芯片NSUC1500，支持LIN UDS Bootloader。

下文针对这些功能进行详细的描述。

2.供电和通信

这一章节主要介绍供电系统中的防反设计、配电方式以及CAN、LIN通信芯片的选型。

2.1 理想二极管控制器

因为门模块带的电机负载比较多，负载电流大，一般会在电池后级使用理想二极管控制器加MOS管的方式进行防反保护。

纳芯微目前主推的的理想二极管控制器是NSE14700，主要的特色如下：

• 超宽输入：4V–60V稳态，瞬态可抗±65V。
• 超低功耗：待机电流和静态电流都很小，适合电池或长期待机的场景。
• 反接保护：电源正负极接反也能保护后级。
• 低压差：在正向调制模式下，NMOS的VSD会被调制到20mV，功耗低。
• 快速关断：出现反向电流时立刻切断，防止能量倒灌。
• 驱动能力强：NMOS关断时的峰值拉电流可达2A，确保快速关断。
• 极低反向关断阈值：只要-11mV 就能触发关断，反应灵敏。

2.2 SBC

为了方便设计以及减少PCB尺寸，推荐使用SBC这类集成芯片替代LDO+CAN收发器+LIN收发器的分立方案。

目前纳芯微主推的SBC芯片是NSR926X系列，针对门模块这类应用，推荐使用NSR9263，整个芯片的功能框图如下：

针对门模块应用，NSR9263用到的特色功能如下：

集成三路LDO输出，满足多电压域供电需求:

• LDO1：主稳压输出，提供5V/250mA (NSR926X) 或3.3V/250mA(NSR926XV33)，适用于MCU供电；
• LDO2：辅助稳压输出，5V/100mA，具备板外使用保护功能；
• LDO3：可配置电压输出，支持5V或3.3V(NSR926X)、3.3V或1.8V(NSR926XV33) 选择，配合外部PNP晶体管可用于板外供电或与LDO1负载共享。

支持CAN FD与LIN通信，适配复杂车载网络架构:

• CAN收发器：支持最高5 Mbit/s FD通信，兼容CAN 部分网络（Partial Networking, PN）功能与CAN FD容错模式，符合ISO 11898-2:2016与SAE J2284标准；
• LIN收发器：支持LIN 2.2协议，兼容ISO 17987-4与SAE J2602标准；

2.3 高边开关

如果门模块周围有其他执行器，需要门模块给其配电，推荐使用NSE35008和NSE35020，客户可以针对具体的配电电流以及成本，选择不同内阻的高边开关。

不同工作电流的推荐选型可以参考下图：

3.门模块PCBA

这一章节主要描述门模块控制的电机类型以及相关的应用特点。

3.1 后视镜

传统后视镜主要有三个电机，分别是X、Y轴方向的调节电机和折叠电机。X、Y轴方向的调节电机电流不大，在200mA以内，折叠电机电流会大一些，在1A以内。一个6路半桥就可以控制这三个电机。

6路半桥推荐NSD8306，主要的特色如下：

• 宽工作电压范围：4.5V ‒ 35V（耐压40V）
• 导通电阻(HS + LS) ：1.7 Ω
• 峰值电流1A
• PWM生成器支持可配置频率与占空比
• 开路诊断
• 欠压保护与过压保护
• 工作温度：-40°C~125°C

有些新能源车为了美观和追求潮流，会选择使用无边框后视镜，这种后视镜相比传统的后视镜，只有两个电机，分别是X向调节电机和Y向调节电机，电流也会大不少。同时为了EMC实验好过，无边框后视镜的电机会并一个10μF左右的电容，导致启动的电流会超过10A。

驱动无边框后视镜的H桥芯片推荐NSD7315，主要的特色如下：

• 宽工作电压范围：4.5V‒35V（最大耐压40V）
• 导通电阻(HS + LS)：150mΩ
• 峰值电流10A
• 支持硬件接口和SPI接口两个版本
• 支持Slew Rate配置
• 支持开路检测
• 支持控制模式配置：PH/EN控制、PWM(IN1/IN2)控制或独立半桥控制模式
• 支持电流监控反馈
• 欠压保护/过流保护/过温保护

3.2 车窗和电动门

车窗的升降电机的工作电流在10-15A，电动门的工作电流在20A左右，一般会使用4路预驱加MOS管的方式控制这两路电机。

驱动车窗和电动门的4路预驱推荐NSD3604，主要的特色如下：

• 宽工作电压：4.9V‒37V（最大值40V）
• 4通道半桥预驱
• 可配置充放电电流(CCPD)以优化EMC性能
• 集成2级电荷泵实现100% PWM占空比
• 集成2路可编程宽共模输入电压电流检测运放
• 支持16位 10MHZ SPI通信
• 支持负载诊断与保护功能
• 工作温度：Tj=-40°C~150°C

NSD3604驱动两路有刷电机的典型应用框图如下：

车窗电机控制目前主流的防夹方案是纹波防夹，需要采集相电流或者母线电流，NSD3604内部集成2路差分运放，不需要额外增加差分运放。

因为电动门的电机一般会集成霍尔传感器，所以NSD3604内部有一路差分运放可以空闲出来，用在其它信号的测量。另外，因为整车上的IMU模块信息不会释放给门模块，所以需要门模块内部增加一个6轴传感器（3轴加速度+3轴陀螺仪），用于判断整车是否处于斜波或者其它特殊路况，从而调整电动门的开关力度。

4.车锁控制PCBA

车锁是否需要单独的执行器，主要取决于车锁和车门的结构设计。从软硬件设计角度来看，车锁的控制集成到门模块更合适；从产线角度来看，车锁内部集成执行器更方便安装和拆卸。

普通的锁止、开启电机的峰值电流在5A左右，NSD7314就可以满足这种需求，主要的特色如下：

• 宽工作电压范围：4.5V ‒ 36V（最大耐压40V）
• 导通电阻(HS + LS)：220mΩ
• 峰值电流6A
• 支持电流调制功能
• 欠压保护/过流保护/过温保护
• 工作温度：Tj=-40°C~150°C

像隐藏式门把手的电机，因为要考虑寒冷天气的破冰，峰值电流会冲到10A，所以需要使用NSD7315这类电流更大的H桥芯片，相关特色之前有描述过，这里不在赘述。

有些新能源车还会有自吸锁功能，这类电机电流相比锁止电机会大一些，但一般不超过10A，推荐NSD7315。

5.氛围灯PCBA

门模块控制器厂家做氛围灯的很少，一般都是内饰件厂家提供。如果需要开发氛围灯灯板，推荐NSUC1500。

有关NSUC1500的介绍，可以点击如下链接查看：

• 支持16位PWM调光，集成4路LED驱动，纳芯微氛围灯驱动NSUC1500点亮座舱新体验

笔者之前基于NSUC1500做过一个音乐氛围灯demo，有兴趣的读者可以点击如下链接查看：

• 当EcuBus-Pro+UTA0401遇上NSUC1500

6.未来趋势

目前整车的趋势是SDV(软件定义汽车)，为了SDV更好的实现，需要将边缘节点的软件都集中到区域控制器。最近很多Global芯片厂商都在研发10Base-T1S的产品，包含PHY和RCP芯片。

RCP芯片主要的目标是将ZCU传递过来的10base-T1S信号，转换常见外设的信号，如SPI、PWM、GPIO、ADC等，并且全靠硬件实现，不需要在RCP芯片上单独编程。IEEE1722最新的标准正在制定，会将RCP芯片的功能统一化、标准化。

另外，目前有些global厂商（如ST、TI、Onsemi）也有专门针对门模块的ASIC定制芯片，包含传统半桥、H桥、预驱等芯片的功能。

基于以上两方面，笔者设想未来的门模块的方案框图如下所示：

• 门模块的软件功能都会放到ZCU，ZCU通过RCP芯片对各类外设芯片进行控制。

• 常规的半桥、H桥、预驱等驱动芯片以及高边开关的功能，会集中到一个强大的定制芯片中，板内元器件也会变少。

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以上就是门模块方案的全部介绍，如有不同想法或者信息遗漏，欢迎评论区补充。