基于TI MSPM0 MCU的車載充電機插槍喚醒方案

車載充電機（OBC）在整車下電后，為保證低功耗，包括主控MCU在內的絕大部分電路都處于休眠狀態，此時需要一個低功耗的常待機喚醒模塊，檢測充電槍的插槍信號，來喚醒車載充電機主電路。本文將介紹基于TI MSPM0 MCU的喚醒方案，相對于傳統方案，具有高兼容性，高可靠性，便于維護，更低功耗，以及小體積等優點。

1.  GB/T 18487.1-2015

在展開講述前，我們需要簡單了解一下國內比較通用的電動汽車的充電協議標準-GB/T 18487.1-2015（電動汽車傳導充電系統 第1部分：通用要求）。

主要的充電握手步驟可以簡單拆分成以下幾點：

1. 車輛檢測CC端口阻值，判斷車端連接頭的連接狀態（斷開/半連接/連接狀態）；

2. 充電設備監控檢測點1的電平，判斷線纜是否接好，且本身無故障，如果一切就緒，則S1切換到PWM檔；

3. 車輛檢測CP占空比，以及電壓值，初步判斷是否為有效值，判斷S1是否已經切換到PWM檔；

4. 車輛自檢，無故障，且電池處于可充電狀態，則閉合S2；

5. 設備檢測點1的峰值電壓滿足要求（檢測S2是否閉合），則充電設備閉合主繼電器K1, K2；

6. 車輛進一步檢測CC,CP值，協商充電電流大小，開始充電。

2.  基于TI MSPM0 MCU的喚醒方案

本文論述的插槍喚醒方案的主要功能，是通過檢測端口的電氣參數，判斷插槍狀態，進而喚醒主MCU來進行進一步的充電握手，達到整機在汽車熄火狀態下的低功耗要求。

插槍喚醒方案框圖如下。由于MSPM0 MCU需要長期待機，需要一顆低功耗，寬輸入電壓的LDO給其供電。端口電氣參數檢測方面，以交流充電樁為例，它是通過檢測CC端口的電阻值,  或者CP端口上的電壓以及占空比等信息，通過檢測數值范圍判斷插槍狀態的有效性和喚醒源。其中CC端口的電阻檢測需要MCU的ADC模塊或者比較器模塊，判斷此時電阻值，而CP端口的電壓以及占空比信息則需要ADC模塊以及Timer。當檢測到有效的插槍狀態，則通過GPIO拉高 HOST MCU 供電LDO的使能引腳，HOST MCU上電。并通過檢測MSPM0 MCU發過來的PWM占空比， 分辨喚醒源。

3.   TI 車規級MCU-MSPM0

MSPM0是TI基于Arm? 32-bit Cortex?-M0+內核的全新MCU系列。擁有非常豐富的產品矩陣，從8pin到100pin，從4kB到512kB的Flash，從1kB到128kB的SRAM，從32MHz到80MHz的主頻，以及豐富的外設資源：ADC, DAC, Timer, 運放，比較器，豐富的通信接口：UART (LIN), I2C (FM+), SPI, and I2S, CAN-FD, USB 2.0 FS, LCD, Secure boot, AES256, TRNG等。滿足不同的車載使用場景。

4. 方案優勢

4.1 高兼容性

即便GB/T 18487.1-2015對充電協議進行了規范，但是各大主機廠對插槍喚醒的要求各不相同：

喚醒延時時間：從插槍到喚醒host MCU的時間，根據這個時間配置消抖濾波時間；

喚醒條件：CP高電平電壓根據不同的充電樁有不同的規格。此外，車廠還會定義有效信號的持續時間要求。

喚醒源：CC喚醒, CP喚醒, 預約充電，以及V2L等模式。

針對以上需求差異，傳統的分立電路方案需要搭建復雜的電路，且調整相應參數，來適配不同的需求，不利于硬件平臺化開發。而使用MCU方案可以使開發者使用同一套硬件方案，通過改軟件來輕松適配不同的需求，有利于平臺化開發，減少開發時間。

4.2 高可靠性

傳統分立方案需要用到大量阻容器件，以及三極管。整體功耗受溫度影響較大。另外，不同廠家的器件一致性差異大，在考慮最惡劣情況下，增加了設計難度，此外，對物料管控也是一個挑戰。

4.3 便于維護

在汽車出廠后，針對車廠的新需求，或者充電樁的新工況，基于MCU架構的方案可以通過OTA的方法，靈活調整喚醒條件，適應最新的需求，便于后期維護。

4.4 低功耗

隨著主機廠對低功耗的要求越來越高，尤其當靜態電流要求降低到100uA以內時，分立方案難以滿足。TI MSPM0系列內置Timmer，且在standby模式下仍然可以工作。 可自定義喚醒時間，定期把MCU從standby模式喚醒到normal模式來進行定期檢測。而TI MSPM0系列在standby模式下的靜態電流在全溫度范圍內的典型值在10uA左右，由于MCU在大部分時間處于standby模式，因此平均電流損耗可以輕松滿足要求。

總結

本文詳細描述了基于TI MSPM0 MCU的車載充電機插槍喚醒模塊的運行原理，并展示了和傳統方案相比，在兼容性，可靠性，可維護性，低功耗方面的優勢。為滿足工況日益復雜，參數要求嚴苛的插槍充電場景提出了有效方案。

參考文獻

[1] GB/T 18487.1-2015

[2] MSPM0L130x datasheet

來源：TI

作者：Terry Liang