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[导读]作为全球领先的单片机和模拟半导体供应商,Microchip Technology Inc.(美国微芯科技公司)一直在投资研发面向电动汽车的新一代解决方案,并且在技术创新、产品设计,以及安全系统等方面拥有独特的优势。

放眼全球汽车市场,“电气化转型”已成为整个行业发展的主旋律。而汽车电气化的发展,自然离不开半导体技术的进步。

作为全球领先的单片机和模拟半导体供应商,Microchip Technology Inc.(美国微芯科技公司)一直在投资研发面向电动汽车的新一代解决方案,并且在技术创新、产品设计,以及安全系统等方面拥有独特的优势。

深耕技术,解决行业痛点

一提到电动汽车,人们首先想到的通常是“续航里程”问题。的确,在电动汽车这一新生领域,续航里程是影响用车体验的重要因素,同时也是所有厂商最为头疼的一大难题。

Microchip汽车产品部亚太区资深产品营销经理Yan Goh近日在接受21ic中国电子网采访时指出,在电动汽车市场中,被视为关键挑战的主要因素就是里程焦虑(英里/千瓦时)。显然,与增加汽车可行驶里程密切相关的是,确保实现最高效率,将电池能量提供给推进电机,同时使整部汽车保持轻量化。

所谓“里程焦虑”指的是用户在驾驶电动汽车时,由于担心电池电量不足以驱使车辆顺利抵达目的地或者是下一个充电点,而产生的内心焦虑、烦躁的情绪。从目前市场的反馈情况来看,续航里程是制约新能源汽车发展的主要因素之一,特别是对于纯电动汽车来说,则更为明显。

为了迎合市场对续航里程的要求,近年来Microchip不断拓展旗下的开发工具及产品。据Yan Goh介绍,对于电动汽车来说,最重要的标准是每次充电后可以行驶的里程数。我们设计的解决方案涵盖了当今大多数电动汽车(EV)上的各类应用,包括电气转换、动力系统控制,以及人机界面等。

(Microchip汽车产品部亚太区资深产品营销经理Yan Goh)

在谈及技术服务与产品应用时,Yan Goh表示,Microchip全新的单片机不仅具备低功耗特性,还能提供支持高速片上数据处理和高速互连的集成模拟外设,可以满足用户的核心需求。

“例如,我们的新一代单片机与高电压驱动器碳化硅(SiC)MOSFET相结合的解决方案,专为直流-直流OBC模块设计,完美融合了双核单片机设置和软件解决方案,能够在缩短上市时间的同时,满足所有系统需求,并符合功能安全标准。针对EV仪表板中常见的人机界面,我们也开发了适合汽车应用的解决方案,可以为创新型照明技术以及各种基于触控或3D手势的输入技术提供支持。”

值得一提的是,自2002年以来,Microchip一直位列全球单片机出货量之首,在保持并巩固8位和16位单片机领先地位的基础上,还全面扩充了32位单片机市场,大幅降低了嵌入式设计的系统成本。而在注重技术研发的同时,Microchip对坚持发展中国市场这一战略也很重视。因为亚太区最具活力和增长潜力的中国市场,可以在Microchip全球战略中发挥着重要作用。

目前,Microchip已与众多中国本土汽车OEM保持着合作关系,包括一些新兴的电动汽车OEM。据Yan Goh介绍,通过在当地销售办事处投资成立专门的汽车支持团队,我们在战略层面上提高了与各大OEM和当地一级供应商的合作水平;同时,根据当地的实际系统需求,我们开展了新技术相关的培训和参考设计活动,并为新一代解决方案的开发提供了技术支持咨询服务。

产品升级,引领创新发展

当前,在功率芯片和新材料的推动下,汽车电气化正在加速发展。其中,碳化硅(SiC)使纯电动汽车克服了硅基器件的限制,取代了驱动电机逆变器和车载充电机中的硅基IGBT和二极管,具有能效提高、系统结构紧凑、轻量化、简化冷却设计、充电时间缩短、续航里程增加等诸多优点。据悉,目前市场上已有超过40%的纯电动汽车均采用了碳化硅。

尽管以SiC元器件为代表的第三代化合物半导体,在电动汽车应用方面拥有绝对的优势和广阔的市场前景,但Yan Goh认为,电气转换领域同样面临着诸多挑战。比如,工程师所设计系统的热损耗必须更低,同时需要在电子控制电路恶劣的高频环境下满足电磁兼容EMC-EMI性能,对于最大程度提高效率而言,这些工作必不可少。

“现如今,越来越多的OEM正在引入800V系统,将其作为减轻重量的一个重要环节。考虑到高电压、高速充电和高效率要求带来的复杂性,可以应用具有高电压能力的SiC MOSFET晶体管-二极管技术,打造专用的电源控制器电子元件。这些技术目前已被主流EV市场采用。Microchip提供了专用的单片机,适合与SiC MOSFET和二极管结合使用,能够达到超过90%的额定效率。”

据悉,Microchip的SiC系列产品包含以肖特基势垒二极管(SBD)为基础的700V、1200V和1700V商业级电源模块。除了能够提供不同的电流和封装方案之外,新推出的系列电源模块还采用了双二极管(Dual Diode)、全桥(Full Bridge)、相脚(Phase Leg)、双共阴极(Dual Common Cathode)和三相桥(3-Phase bridge)等各种拓扑结构。SiC SBD模块可将多个SiC二极管芯片与可选件结合在一起,将基片和底板材料集成到单个模块,进而简化设计,最大程度地提升开关效率,减少温升和缩小系统尺寸。

严控风险,筑牢安全防线

除了持续推进产品技术创新之外,Microchip在安全方面也做了不少努力。特别是在这个物联网时代,汽车领域的电子设备越来越多,汽车联网及智能化程度也越来越高,这给用户带来便利的同时,也增加了安全风险,比如联网设备受到黑客攻击等。

对此,Yan Goh表示,从过往的案例中可以看出,汽车在行驶时遭到黑客攻击是一个生死攸关的问题。为了简化和满足这一关键安全需求,汽车系统架构师选用了支持专用硬件安全模块(HSM)的单片机,并配备新一代高速网络接口来支持这类使用模式。“Microchip十分重视支持安全引导、节点验证和数据加密等功能的专用硬件安全芯片,这些关键元件能够为汽车系统设计师提供可行的方案,帮助他们及时满足OEM的系统需求。”

例如,Microchip近期推出的全新功能安全型AVR® DA系列单片机(MCU),能够在全电源电压范围内实现24 MHz的CPU速度、存储密度高达128 KB的闪存、16 KB SRAM和512 字节EEPROM,具备12位差分ADC、10位DAC、模拟比较器和过零检测器。PTC支持电容式触摸接口设计,支持按钮、滑动条、滚轮、触摸板、较小型触摸屏及广泛应用于消费和工业产品和车辆的手势控制。

此外,AVR DA系列还支持多达46个自电容和529个互电容触摸通道,并采用了最新一代增强型驱动屏蔽PTC和升压模式技术,可以提供增强的抗噪性、耐水性、触摸灵敏度和响应时间。

(Microchip推出的全新功能安全型AVR® DA系列单片机,可支持实时控制、连接和HMI应用)

加速变革,迈入智能时代

然而,“电气化转型”仅仅是未来汽车产业的一个开端。随着5G与AI商用时代的到来,“智能化升级”才将是整个行业的发展趋势。换句话说,未来的汽车市场发展动向,将是电气化和智能化。其中,电气化是基础,智能化是增补,两者是相辅相成的。但无论是电气化,还是智能化,可以预见的是,这一产业变革对半导体的需求无疑是巨大的,即需要数量庞大的电子器件、半导体来支持整个产业链的发展。

俗话说,机遇只留给那些有准备的人。对于汽车半导体来说,尽管未来市场规模庞大,但没有过硬的核心技术与解决方案,也是不会迎来发展的春天。回顾过去的市场变化,Yan Goh感慨良多:“一直以来,Microchip始终致力于帮助汽车OEM和一级供应商应对各种领域的全新挑战和需求,包括更高的处理能力、更高的集成度、更高的电源效率、高速数据连接,以及安全需求等。在内燃机领域,对电子设备的需求在以前极少发生改变,而上面这些需求更是史无前例。现如今进入消费时代,OEM的需求已发生翻天覆地的变化!”

Yan Goh表示,凭借在各类市场中的丰富经验以及各种各样的优秀产品,Microchip能够迅速做出回应,将我们在消费类和工业级市场解决方案领域的成功经验带入汽车领域,打造经济可靠的创新型汽车应用解决方案。

据悉,作为全球领先的半导体供应商,Microchip在汽车市场中的投资已逾二十年之久,经过多年来的技术积累和市场开拓,早已为汽车的电气化和智能化发展所带来的挑战做好了充分的准备。对此,Yan Goh自豪地说道:“我们的高速数据连接产品,就是这类创新型解决方案的典型代表,例如千兆以太网、网关、车用PCIe开关、物联网安全技术和电容应用技术。”

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