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主电机驱动控制器——电动汽车技术的幕后英雄

日期:2018-12-21 04:21

  中国大陆汽车行业这些年发展之快难以想象,从汽车销量上就可以看出一个总体趋势,中国大陆二十几年前,汽车产量只是非常少的几十万量,而现在的汽车产量早已经是攀升到年产两千万量以上的级别了。中国大陆汽车市场的容量让全球瞩目,汽车电子行业的发展给芯片供应商和代理商带来了巨大的商机。

  其中,中国大陆的电动汽车发展更快,2016年电动汽车总销量近290万量,到2017 年电动汽车总销量超过550万辆,比2016年增长超过90% 。现在国家鼓励发展纯电动汽车,2017年纯电动汽车(BEV)的销量比2016年增长了一倍多,远远超过插电式混合动力汽车(PHEV)的增长幅度。安富利公司在汽车电子领域的生意规模也持续增长。

  主电机驱动控制器是纯电动汽车中主要的核心部件之一,安富利全球设计部门的上海实验室正在开发电动汽车主电机驱动控制新方案,目标应用小型或紧凑型乘用车,最大输出功率50KW。该驱动控制方案的特点是其按照了ISO26262的规范选取器件,所以可以做为ASIL-D电机控制系统的参考,也可以用于快速评估主控芯片及驱动电路等元器件。

  ISO26262(Road vehicles- Functional safety)是汽车安全性国际标准,旨在提高汽车的安全性。现在大家常常听到的功能安全就是为了防范日益增加的系统失效和随机硬件失效的风险。ISO26262标准涵盖了功能安全方面的需求规划、设计、实施、集成、验证、确认和配置等全部的开发过程。

  ASIL(Automotive Safety Integrity Level 汽车安全完整性等级)是ISO26262标准根据安全风险程度对系统或组成部分划分由A到D的安全需求等级,D级是最高等级,对安全需求的要求也最高。ASIL-D电机控制系统对硬件和软件开发流程的要求也更高。

  安富利的主电机驱动方案采用了英飞凌IGBT功率模块,型号是HybridPACK™1 DC6,705V/400A,主控芯片采用英飞凌的AURIX™ TC275三核处理器,带有锁步核等安全机制,是一款ASIL-D等级的芯片。电源及系统监控管理芯片采用TLF35584,一样也是ASIL-D等级的芯片。该方案支持不同的电机接口:旋转变压器,巨磁阻编码器,光电编码器。其中TC275支持旋变软解码。方案的系统框图如下所示:

  磁粉测功机是用于在实验室对被试电机施加转矩负载并吸收其功率的转矩机,也是旋转力矩——静止力矩变换器。转速传感器及转矩传感器都安装在测功机上,通过测功机将被试电机的转速和转矩转换成脉冲信号和模拟信号。

  安富利的主电机驱动方案采用主控芯片TC275是英飞凌AURIX™多核单片机系列,其多核架构包含多达3颗独立32位TriCore处理核,可满足业界最高安全标准ASIL D。还采用了65纳米嵌入式闪存技术,在苛刻的汽车应用环境里可靠性高。AURIX™有多种通信接口,有多个PWM产生单元例如GTM,CCU6,有不同ADC模块VADC和DSADC,综多安全机制模块例如IOM,HSM,FCE等,具有高性能浮点运算,还集成硬件除法单元。

  方案中的IGBT功率模块在电动汽车电机控制中起到至关重要的作用,是电池系统与电机系统之间能源转换的桥梁,主控芯片控制IGBT功率模块的开关,将电池存储的直流电(DC)转换成交流电(AC),用于车载交流电机驱动,并在车辆制动时,将动能转化为电能,可以为电池充电。英飞凌HybridPACK™1 DC6模块专门设计用于电动汽车逆变器应用,采用与高性能陶瓷基底结合铜底板焊接技术及英飞凌增强型引线键合(bonding wire)工艺,使热循环和功率循环使用寿命都得到显著提高。

  安富利的电动汽车主电机驱动控制的新方案更多考虑到了未来日益增长的对功能安全的需求,着眼于ISO26262标准,从主控芯片到功率模块、电源芯片都采用了满足ASIL-D等级的芯片,并且在实验室建立了模拟负载测试的实验条件,看重中国后续更加规范、更加强调功能安全的广阔电动汽车主电机驱动控制器市场。如果有兴趣,可以联系安富利各区域办事处,了解该方案详细技术内容,愿为各地客户提供更好的服务。

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