初学者
10 分钟

使用VNF1048F和PIC18F57Q43在汽车电源分配系统中实现可靠的负载管理

带有智能电子保险丝保护的高端开关控制器

SolidSwitch 6 Click with Curiosity Nano with PIC18F57Q43

已发布 10月 24, 2024

点击板

SolidSwitch 6 Click

开发板

Curiosity Nano with PIC18F57Q43

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

PIC18F57Q43

确保汽车电力分配系统中的负载管理安全可

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

SolidSwitch 6 Click 基于来自 STMicroelectronics 的 VNF1048F,这是一个用于汽车应用的高侧开关控制器。该智能控制器设计用于以高侧配置驱动外部 MOSFET,非常适合 12V、24V 和 48V 的电力分配系统。其关键特性是智能电子熔断保护,提供可靠的过流保护,特别适用于安全性和性能至关重要的汽车环境,如汽车、卡车及其他车辆中的负载管理。该板支持 6V 至 48V 的外部电源电压,适用于多种电源应用,集成的 VIN 绿色 LED 指示器显示外部电源是否处于激活状态。VNF1048F 的核心功能是通过先进的过流保护机制替代传统的高电流汽车保险丝,能够检测并响应过量电流以保护连接的系统。它配备了一个

集成的栅极驱动器,用于控制外部 MOSFET(Q2 STL130N8F7),用于负载控制。负载连接通过 VOUT 端子实现,绿色 LED 用于指示负载控制的激活状态。此外,SolidSwitch 6 Click 集成了 NTC(负温度系数)电阻器,用于监测外部 MOSFET 的温度,确保安全操作。VNF1048F 提供多种保护功能,包括电池欠压关闭、可配置的外部 MOSFET 去饱和关闭以及硬短路锁定关闭。它还能够防止设备和外部 MOSFET 过热,在温度过高时自动关闭。尽管具备强大的功能,SolidSwitch 6 Click 具有非常低的待机电流,确保即使在对电力敏感的应用中也能正常运行。VNF1048F 通过 3.3V 和 5V CMOS 兼容的 SPI 接口

与主控 MCU 通信,实现系统保护和诊断。除了 SPI 接口引脚外,该板还使用了其他 mikroBUS™ 插槽引脚,如 DGN 引脚用于诊断反馈,HWL 引脚触发状态,防止寄存器被写入,从而增强系统安全性并防止意外的配置更改。该板还包括一个未焊接的 V3 接头,用于访问 3.3V 内部 LDO 电压调节器的输出,适用于逻辑和 I/O 供电。此 Click 板™ 可通过 VIO SEL 跳线选择 3.3V 或 5V 逻辑电压级别,从而使 3.3V 和 5V MCU 能够正确使用通信线路。此外,该 Click 板™ 配备了一个库,包含易于使用的功能和示例代码,可作为进一步开发的参考。

SolidSwitch 6 Click hardware overview image

功能概述

开发板

PIC18F57Q43 Curiosity Nano 评估套件是一款尖端的硬件平台,旨在评估 PIC18-Q43 系列内的微控制器。其设计的核心是包含了功能强大的 PIC18F57Q43 微控制器(MCU),提供先进的功能和稳健的性能。这个评估套件的关键特点包括一个黄 色用户 LED 和一个响应灵敏的机械用户开关,提供无

缝的交互和测试。为一个 32.768kHz 水晶振荡器足迹提供支持,确保精准的定时能力。套件内置的调试器拥有一个绿色电源和状态 LED,使编程和调试变得直观高效。此外,增强其实用性的还有虚拟串行端口 (CDC)和一个调试 GPIO 通道(DGI GPIO),提供广泛的连接选项。该套件通过 USB 供电,拥有由

 MIC5353 LDO 调节器提供支持的可调目标电压功能,确保在 1.8V 至 5.1V 的输出电压范围内稳定运行,最大输出电流为 500mA,受环境温度和电压限制。

PIC18F57Q43 Curiosity Nano double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

PIC

MCU 内存 (KB)

128

硅供应商

Microchip

引脚数

48

RAM (字节)

8196

你完善了我!

配件

Curiosity Nano Base for Click boards 是一款多功能硬件扩展平台,专为简化 Curiosity Nano 套件与扩展板之间的集成而设计,特别针对符合 mikroBUS™ 标准的 Click 板和 Xplained Pro 扩展板。这款创新的基板(屏蔽板)提供了无缝的连接和扩展可能性,简化了实验和开发过程。主要特点包括从 Curiosity Nano 套件提供 USB 电源兼容性,以及为增强灵活性而提供的另一种外部电源输入选项。板载锂离子/锂聚合物充电器和管理电路确保电池供电应用的平稳运行,简化了使用和管理。此外,基板内置了一个固定的 3.3V 电源供应单元,专用于目标和 mikroBUS™ 电源轨,以及一个固定的 5.0V 升压转换器,专供 mikroBUS™ 插座的 5V 电源轨,为各种连接设备提供稳定的电力供应。

Curiosity Nano Base for Click boards accessories 1 image

Wire Jumpers Male to Male (15 cm length, 10pcs) 是一组高质量的跳线,专为便捷的原型设计和测试而设计。每根线长 15 厘米,两端配有公连接器,方便在面包板或其他电子项目中连接组件。该套装包括十根不同颜色的跳线,便于电路中的清晰标识和组织。这些跳线非常适合 DIY 项目、设置以及其他需要快速、可靠连接的电子应用。

SolidSwitch 6 Click accessories 1 image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

NC
NC
AN
ID SEL
PA7
RST
SPI Select / ID COMM
PD4
CS
SPI Clock
PC6
SCK
SPI Data OUT
PC5
MISO
SPI Data IN
PC4
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
Register Write Lock
PB0
PWM
Diagnostic Feedback
PA6
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
NC
NC
SCL
NC
NC
SDA
Power Supply
5V
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

SolidSwitch 6 Click Schematic schematic

一步一步来

项目组装

Curiosity Nano Base for Click boards front image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Curiosity Nano with PIC18F57Q43作为您的开发板开始。

Curiosity Nano Base for Click boards front image hardware assembly
Charger 27 Click front image hardware assembly
PIC18F47Q10 Curiosity Nano front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
Charger 27 Click complete accessories setup image hardware assembly
Curiosity Nano with PICXXX Access MB 1 - upright/background hardware assembly
Necto image step 2 hardware assembly
Necto image step 3 hardware assembly
Necto image step 4 hardware assembly
Necto image step 5 hardware assembly
Necto image step 6 hardware assembly
PIC18F57Q43 Curiosity MCU Step hardware assembly
Necto No Display image step 8 hardware assembly
Necto image step 9 hardware assembly
Necto image step 10 hardware assembly
Debug Image Necto Step hardware assembly

实时跟踪您的结果

应用程序输出

1. 应用程序输出 - 在调试模式下,“应用程序输出”窗口支持实时数据监控,直接提供执行结果的可视化。请按照提供的教程正确配置环境,以确保数据正确显示。

2. UART 终端 - 使用UART Terminal通过USB to UART converter监视数据传输,实现Click board™与开发系统之间的直接通信。请根据项目需求配置波特率和其他串行设置,以确保正常运行。有关分步设置说明,请参考提供的教程

3. Plot 输出 - Plot功能提供了一种强大的方式来可视化实时传感器数据,使趋势分析、调试和多个数据点的对比变得更加直观。要正确设置,请按照提供的教程,其中包含使用Plot功能显示Click board™读数的分步示例。在代码中使用Plot功能时,请使用以下函数:plot(insert_graph_name, variable_name);。这是一个通用格式,用户需要将“insert_graph_name”替换为实际图表名称,并将“variable_name”替换为要显示的参数。

软件支持

库描述

该库包含 SolidSwitch 6 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • solidswitch6_get_vout - 此函数使用 SPI 串行接口读取原始 ADC 值并将其转换为与电压成比例的电压水平。

  • solidswitch6_set_control - 此函数使用 SPI 串行接口写入控制寄存器以配置开关控制器。

  • solidswitch6_get_device_temp - 此函数使用 SPI 串行接口读取原始 ADC 值并将其转换为设备温度(摄氏度)。

开源

代码示例

完整的应用程序代码和一个现成的项目可以通过NECTO Studio包管理器直接安装到NECTO Studio 应用程序代码也可以在MIKROE的GitHub账户中找到。

/*!
 * @file main.c
 * @brief SolidSwitch 6 Click example
 *
 * # Description
 * This library contains API for the SolidSwitch 6 Click driver 
 * and demonstrate uses of the high-side switch controller with intelligent fuse protection.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * The initialization of the SPI module and log UART.
 * After driver initialization, the app sets the default configuration.
 *
 * ## Application Task
 * The demo application reads and displays the device temperature 
 * and voltage level of the current sense amplifier, NTC, and output voltage measurement.
 * Results are being sent to the UART Terminal, where you can track their changes.
 *
 * @author Nenad Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "solidswitch6.h"

static solidswitch6_t solidswitch6;
static log_t logger;

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    solidswitch6_cfg_t solidswitch6_cfg;  /**< Click config object. */
    
    /** 
     * Logger initialization.
     * Default baud rate: 115200
     * Default log level: LOG_LEVEL_DEBUG
     * @note If USB_UART_RX and USB_UART_TX 
     * are defined as HAL_PIN_NC, you will 
     * need to define them manually for log to work. 
     * See @b LOG_MAP_USB_UART macro definition for detailed explanation.
     */
    LOG_MAP_USB_UART( log_cfg );
    log_init( &logger, &log_cfg );
    log_info( &logger, " Application Init " );

    // Click initialization.
    solidswitch6_cfg_setup( &solidswitch6_cfg );
    SOLIDSWITCH6_MAP_MIKROBUS( solidswitch6_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( SPI_MASTER_ERROR == solidswitch6_init( &solidswitch6, &solidswitch6_cfg ) )
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    if ( SOLIDSWITCH6_ERROR == solidswitch6_default_cfg ( &solidswitch6 ) )
    {
        log_error( &logger, " Default configuration." );
        for ( ; ; );
    }
    
    log_info( &logger, " Application Task " );
    log_printf( &logger, " ______________________\r\n" );
    Delay_ms ( 100 );
}

void application_task ( void )
{
    float app_buf = 0;
    if ( SOLIDSWITCH6_OK == solidswitch6_get_device_temp( &solidswitch6, &app_buf ) )
    {
        log_printf( &logger, " Temperature: %.2f [degC]\r\n", app_buf );
        Delay_ms ( 100 );
    }

    if ( SOLIDSWITCH6_OK == solidswitch6_get_vntc( &solidswitch6, &app_buf ) )
    {
        log_printf( &logger, " NTC: %.2f V\r\n", app_buf );
        Delay_ms ( 100 );
    }

    if ( SOLIDSWITCH6_OK == solidswitch6_get_vout( &solidswitch6, &app_buf ) )
    {
        log_printf( &logger, " Vout: %.2f V\r\n", app_buf );
        Delay_ms ( 100 );
    }

    if ( SOLIDSWITCH6_OK == solidswitch6_get_vds( &solidswitch6, &app_buf ) )
    {
        log_printf( &logger, " VDS: %.2f V\r\n", app_buf );
        Delay_ms ( 100 );
    }

    log_printf( &logger, " ______________________\r\n" );
    Delay_ms ( 1000 );
}

int main ( void ) 
{
    /* Do not remove this line or clock might not be set correctly. */
    #ifdef PREINIT_SUPPORTED
    preinit();
    #endif
    
    application_init( );
    
    for ( ; ; ) 
    {
        application_task( );
    }

    return 0;
}

// ------------------------------------------------------------------------ END

额外支持

资源

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