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  • MHEV 48V电机驱动设计大有门道

    MHEV 48V电机驱动设计大有门道

    电动汽车(EV)是近年来半导体行业必谈的课题之一,在汽车电气化上全世界都在聚焦“减少温室气体排放”这个问题上。据美国国家公路交通安全管理局统计,平均燃油经济性到2026年达40.4英里/每加仑燃油;而在巴黎联合国气候变化大会上(COP21)提出了2030年温室气体排放量比1990年减少40%的目标。 在此背景之下,汽车厂商有两条路。其一,采用电池汽车电机化的做法,使用高压电池进行电动车制造;其二,采用轻混电动车(MHEV,Mild Hybrid Electronic Vehicle),MHEV仅需使用48V电机,就能将内燃机的温室气体排放量减少13%-22%。 随着市场加速,MHEV具有多重优势,已在大多品牌中实现,并具有一定市场。“我们认为48V轻混市场有很大的潜力,而且这个应用对于减少温室气体的排放是有很大的帮助,所以我们绝对认为48V轻混市场是有很大的增长空间的”,德州仪器 (TI) 电机驱动器业务部门总经理Kannan Soundarapandian如是说。近期,TI也邀请21ic中国电子网共同讨论在这一市场的发展。 MHEV对48V电机驱动有很大要求 MHEV在越来越严格的排放标准和越来越高的油耗动力需求下应运而生,博世、法雷奥、德尔福等厂商均已有48V轻混汽车面世,并取得不错成绩。 MHEV与传统电动汽车驱动系统最大的区别便是从12V的使用电压变为48V,在电池电压输出升高的情况下整体的线路损耗被降低,启停电机、空调压缩机、冷却水泵等系统的工作时间被改善。除此之外,48V的电压使得锂电池实现快速能量回收,回收能量将被用于辅助驱动,降低发动机负载,整体的油耗和排放均会有效降低。 虽然MHEV拥有如此强大的“魔力”,但实际上对于设计人员来说,想要在MHEV电机驱动系统中实现汽车电气化并非随意之事。根据Kannan的介绍,想要实现MHEV的汽车电气化,对电机驱动系统拥有4个要求: 1、小尺寸:在整车功能愈发增长的背景下,电路板的空间是有限的,小尺寸能够让更多器件集合在电路板上,这样才能更好满足电机驱动的要求。 2、安全性:车规级产品普遍相对普通产品拥有更高的要求,需要在设计中遵循汽车安全完整性等级ASIL D的系统级功能安全性。 3、大功率:大功率器件能够在有限空间中驱动更高功率器件,帮助更好实现电气化。 4、耐受性:由于汽车场景普遍在条件中相对较为恶劣,特别对温度和压力拥有更高的要求。 实际上TI的48V电机产品就是遵照这种要求而设计的,Kannan为介绍其解决方案DRV3255-Q1: 1、集成:TI的DRV3255-Q1与现有的三相48V BLDC电机驱动器相比,可将PCB空间减少多达30%。 2、功能安全:TI的功能安全合规型电机驱动器可帮助实现符合ASIL D要求的轻混电动车(MHEV)系统,并根据ISO26262要求进行设计。 3、功率:为轻混电动车(MHEV)的大功率电机系统提供超高的栅极驱动电流,Kannan强调TI能够为轻混电动车提供最高达到30KW的功率。 4、保护:通过0级认证保护48V起动机发电机系统免受瞬态影响。Kannan表示,TI在侦测和保护设计当中有很多的考量,能够使器件稳定、可靠。 48V电机驱动架构设计有门道 Kannan为记者展示了市面上常见的48V电机架构,要实现具有强大保护功能的安全电机驱动器系统,需要在外部使用钳位二极管、外部驱动电路、汇路电阻器和二极管、比较器以及外部安全逻辑。这些外部器件会导致布板空间增大并使系统成本升高。不仅如此,由于电机是三相的所以需要三套同样的器件。 而DRV3255-Q1的集成了外部逻辑和比较器、可调节高电流栅极驱动器以及对大电压瞬态的支持(无需额外的外部器件),将所有需要的一些逻辑和驱动器件都集成在系统里。由此,外部系统被大大简化,这样的高度集成化还能带来更小的板载空间。 DRV3255-Q1不仅拥有超高的集成性,能够减少12-24个无源器件,还拥有高达30kW的超高功率和能够免受95V恶劣开关瞬态电压影响的安全机制。产品不仅根据ISO26262标准设计,能够帮助客户容易实现ASIL-D等级的系统设计,还符合AECQ-100 0级标准,甚至可在-40摄氏度到150摄氏度环境下应用。 Kannan表示48V电机驱动是DRV3255-Q1最主要的系统目标,除了最常见的应用外,TI预计未来会有诸如电机驱动的电动助力转向应用运用48V系统。 他强调,无人驾驶系统需要确保智能和安全,因此需要高度冗余的空间搭载相关功能。想要确保系统冗余,起码要两个同时运行的系统并存。“当两个系统并存在一起时,如果纯粹以12V单相电源来供电,负荷会有一定限制,不能做到很高的重复使用。如果能够一个系统用48V,另外一个系统用12V,冗余度就会变得非常高,并且能确保正常运行时单一电源会更高。” 一般的设计中,系统中还会配置12V的电池去配置电源驱动芯片和MCU,供电的来源则是DC/DC降压器将48V降压为12V所供给的。一般的驱动电机中,电压在系统上出现任何偏差都会直接将48V电流灌注冲击电源驱动芯片和MCU上。 DRV3255-Q1的设计中,由于所有逻辑接口都拥有了最高75V的高承受电压基准,有任何错误,电机驱动器都是能够承受这个负载的。Kannan强调,这也是48V驱动设计中较为重要的一点,能够提高产品的可靠度。 48V电动车未来将走向何方 对于48V电动汽车,业界常常传出“48V是过渡,甚至OEM会跳过48V这一世代”的声音。但实际上,大多数OEM厂商正在采用48V系统,因为这只需在车辆架构上进行一步步改变,ICE则需要昂贵的重新设计。并且,很多OEM厂商也正在逐渐传出扩产MHEV产品组合的消息,越来越多的OEM开始计划推出MHEV,所以说传言与实际是背道而驰的。 虽然48V这个数字看起来比12V更大,但实际在汽车成本上并不是一个正比的关系。具体来说,电缆成本(48V允许比12V更小线标,电缆尺寸和重量更低)、供电成本(电动泵、风扇、动力转向齿条和压缩机效率更高)、电池成本(比PHEV和BEV要求更低)、发动机成本(可在性能不变情况下,用四缸发动机替换六缸发动机)。 那么既然48V电机驱动比12V电机驱动优势这么多,前者会取代后者吗?答案是否定的,TI的Karl-Heinz Steinmetz曾在其官网中表示,高端汽车制造商将完全转向48V系统可能需要10到15年的时间,未来一段时间内仍会是12V-48V的双动力结构。 通过观察TI在48V驱动上主推的DRV3255-Q1这个产品,其很大优势都是建立在其高度集成化和安全可靠性上的。说到集成,TI近两年发布产品均从分立转向拥抱集成,Kannan强调在集成方面,TI还提供了很好的环境侦测功能,能够把一些侦测到的资讯很方便地从驱动器转到处理器上。这样的高度集成化,使得TI认为这个系统有很大的优势去帮助客户建立小型化的48V电机驱动系统。 从汽车上谈起,TI现在拥有7000种车规级模拟和嵌入式产品,并且从2014年以来,每年都会推出数百种新型车规级的芯片。相信这样的实力之下,48V电机驱动将会受到无比强大的加持。

    时间:2021-03-12 关键词: TI 德州仪器 MHEV

  • 集成式0级BLDC电机驱动器将轻混电动车 (MHEV) 48V电机驱动系统的尺寸缩小多达30%

    集成式0级BLDC电机驱动器将轻混电动车 (MHEV) 48V电机驱动系统的尺寸缩小多达30%

    北京(2021年3月3日)– 德州仪器 (TI) (NASDAQ股票代码:TXN) 今日推出了一款高度集成的0级无刷直流 (BLDC) 电机驱动器,适用于48V大功率电机控制系统(例如轻混电动车的牵引逆变器和起动机发电机)。DRV3255-Q1可帮助设计人员将电机系统的尺寸缩小多达30%,同时提供更高的栅极驱动电流,从而提供更好的保护和更高的输出功率。这款全新的电机驱动器是按照德州仪器经TÜV SÜD认证的功能安全开发流程设计的,满足更为严格的安全要求,符合ASIL D级的汽车安全完整性等级。为获取更多信息,请访问官方网站。 为了帮助减少全球温室气体排放,汽车制造商正在增加轻混电动车 (MHEV) 的量产规模。轻混电动车使用48V电机驱动系统,有利于减少车辆内燃机的气体排放。制造商可以利用德州仪器符合功能安全标准的DRV3255-Q1来设计电机驱动系统,实现满足ASIL D级合规要求的轻混电动车系统,提供高达30kW的电机功率,从而缩短重型车辆中48V电机驱动系统的响应时间。 “48V系统是一项变革性的技术,可帮助原始设备制造商 (OEM) 满足减排目标,为高级驾驶辅助系统提供更大的功率,并管理暖通空调系统等高耗电负载,”Strategy Analytics的动力总成、车身、底盘和安全服务主管Asif Anwar说,“将先进的性能特征与功能安全和AEC-Q100的0级标准相结合,可在实际中提供系统级运行优势,从而帮助OEM实现这些目标。” 有关DRV3255-Q1的更多信息,请下载白皮书《如何构建功能安全的小型48V、30kW轻混电动车电机驱动系统》。 将布板空间减小多达30% DRV3255-Q1是一款先进的三相48V BLDC电机驱动器,集成了高侧和低侧主动短路逻辑,从而省去了外部晶体管和控制逻辑。这款全新的电机驱动器通过集成主动短路逻辑和动态故障响应,不仅帮助设计人员简化了设计,还可以提供高达30kW的电机功率,同时缩小48V电机驱动系统的布板空间并降低物料清单成本。 利用主动短路逻辑功能,系统设计人员可以根据系统需求灵活地布置金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET) 连接,并防止由于过压导致的灾难性系统故障。在过压情况下,动态故障响应会自动将电机驱动器切换至主动短路模式,从而在优化系统性能的同时保护车辆的电机和电气部件免受过压应力的影响。 在保护48V电机驱动系统免受恶劣条件影响的同时缩短响应时间 DRV3255-Q1具有超高的输出功率水平,可缩短48V电机驱动系统的响应时间,这样,即使对于重型车辆(如SUV和卡车),驾驶员也可以在停车后更快地加速行驶。对于要求高达600A电流的电机,DRV3255-Q1可提供更高的栅极驱动电流,直接驱动栅极电荷高达1,000nC的MOSFET。 此外,这款符合汽车电子委员会 AEC-Q100的0级标准的电机驱动器还可以在宽温度范围 (-40°C至150°C) 内保护48V动力总成系统免受高达95V电压的开关瞬态和负载突降影响,从而省去了保护电路。 简化ISO 26262 ASIL D级合规性认证 考虑到功能安全性,DRV3255-Q1的设计采用了德州仪器经认证的功能安全硬件开发流程,并包含内置的安全机制和文档(如故障模式、影响和诊断分析以及功能安全手册)。除针对器件内部故障模式的安全机制外,数字输入/输出引脚还可以承受75V的绝对最大额定值,保护DRV3255-Q1免受外部12V电源过压的影响。 封装、供货情况 德州仪器现可提供采用64引脚方形扁平封装 (QFP) 的DRV3255-Q1。现可提供完整和定制数量卷带,但仅通过官网供货。TI官网上提供了多种付款方式和发货方式。

    时间:2021-03-03 关键词: BLDC TI MHEV

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