是什么促使汽車傳動系統(tǒng)高效電氣化？

　　汽車傳動系統(tǒng)電氣化，要求符合汽車質(zhì)量標準的高性能半導(dǎo)體芯片。因此，在功率半導(dǎo)體和汽車電子領(lǐng)域都具備技術(shù)專長，是在新興的電動汽車和混合動力汽車（（H）EV）市場取得成功的必要條件。

　?。℉）EV系統(tǒng)的功率電子主要組成部分為主逆變器、DC/DC變流器、輔助逆變器/變流器、車載充電器和電池管理。功率模塊、微控制器、驅(qū)動器、傳感器等（如圖1）高度可靠的半導(dǎo)體必須支持多種逆變器功率級，以助力實現(xiàn)緊湊、經(jīng)濟、節(jié)能的系統(tǒng)設(shè)計。

　　圖1： （H）EV系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分：功率模塊、高性能微控制器和驅(qū)動器

　　譬如，HybridPACK家族就支持這一設(shè)計目標，其針對（H）EV應(yīng)用的解決方案覆蓋所有功率級（10kW -150kW）。EiceDRIVER門級驅(qū)動器具有驅(qū)動和控制IGBT的理想功能。該產(chǎn)品家族包括具備高低壓隔離能力和雙向信號傳輸特性的單/雙通道汽車IGBT門級驅(qū)動器。AURIX系列這樣的高性能32位微控制器是高能效型電動傳動系統(tǒng)產(chǎn)品組合的有效補充，同時位置傳感器可提供電機位置的閉環(huán)反饋，以實現(xiàn)場定向控制（FOC）這樣的復(fù)雜控制。

　　優(yōu)化的門級驅(qū)動器

　　最新一代EiceDRIVER解決方案在實現(xiàn)經(jīng)濟實用的逆變器設(shè)計和推進針對（H）EV應(yīng)用的ASIL系統(tǒng)認證方面起到了重要作用。

　　1EDI2001AS 和1EDI2002AS的目標應(yīng)用為使用400V、600V和1200V IGBT的（H）EV逆變器。這兩款驅(qū)動器都具備高低壓隔離、雙向信號傳輸、主動短路保護以及優(yōu)化的IGBT開關(guān)驅(qū)動功能。這些產(chǎn)品都采用了用于控制和診斷的標準SPI，傳輸速度高達2Mbd。安全相關(guān)功能包括： 過流保護以及針對所有電源、振蕩器、門級驅(qū)動信號和輸出級的信號的狀態(tài)監(jiān)控。此外，還支持包括錯誤注入（error injecTIon）和弱導(dǎo)通（weak turn-on）在內(nèi)的系統(tǒng)級診斷。

　　EiceDRIVER家族的另一個成員是1EDI2010AS。該產(chǎn)品在二次側(cè)集成一個ADC，可用來采樣高壓母線電壓以及NTC溫度或IGBT晶圓溫度（如帶有晶圓集成溫度傳感器）。相關(guān)數(shù)據(jù)是通過SPI提供的。

　　1EBN1001AE是單通道IGBT驅(qū)動能量放大器，兼容1EDI20xxAS系列。該產(chǎn)品以高性能雙極技術(shù)為基礎(chǔ)，可替代基于分立式器件的緩沖級。由于其采用熱性能優(yōu)化的裸焊盤封裝，能驅(qū)動和灌入高達15A的峰值電流。這使其適合汽車應(yīng)用中的大多數(shù)逆變器系統(tǒng)。該產(chǎn)品具備主動短路保護和有效鉗位功能，采用裸焊盤PG-DSO-14封裝。

　　門級驅(qū)動器和升壓器結(jié)合在一起可在子系統(tǒng)中節(jié)省多達20%的PCB空間，同時可使當今解決方案中分立式器件的數(shù)量減少60%。

　　用于無刷電機控制的高性能轉(zhuǎn)子位置傳感器系統(tǒng)

　　（H）EV 應(yīng)用經(jīng)常采用無刷電機。這些高效電機依賴快速、準確的轉(zhuǎn)子位置傳感器進行換向，因為這些傳感器參數(shù)對車輛的啟動特性、動態(tài)性能、轉(zhuǎn)矩波動和效率具有重大影響。

　　通?？衫貌煌韥硖綔y轉(zhuǎn)子位置：旋轉(zhuǎn)變壓器（基于電感式）和電磁式?；谛D(zhuǎn)變壓器的傳感器系統(tǒng)面臨著一些限制（模擬輸出、復(fù)雜電路、高系統(tǒng)成本、空間限制、對雜散場靈敏以及位置公差等）。32位AURIX微控制器家族利用其Σ-Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器生成載波信號和進行基于軟件的編碼，可通過避免使用旋轉(zhuǎn)變壓器解碼IC，幫助將系統(tǒng)成本降低大約20%。

　　另一方面，采用AMR（各向異性磁阻）或GMR（巨磁阻）技術(shù)的磁阻式（xMR）角度傳感器具有高精確度，同時對位置公差具有低敏感度。

　　要實現(xiàn)xMR傳感器系統(tǒng)，必須將來自功率電子、電感、電機體積、電纜和電機雜散磁場這些干擾源的雜散磁場影響考慮在內(nèi)。英飛凌最近將完整的傳感器系統(tǒng)集成在電機軸端，并滿足所有要求。圍繞軸端布置的磁路可完美屏蔽電磁干擾場。這樣就無需采用額外的，可導(dǎo)致系統(tǒng)成本急劇攀升的電磁屏蔽措施。

　　磁路以及傳感器模塊的大多數(shù)部分將完全集成進軸端（如圖2），只有一小部分傳感器模塊機械結(jié)構(gòu)部分露在軸端外部。

　　圖2：軸端集成傳感器系統(tǒng)可確保不受雜散磁場影響并可節(jié)省空間

　　在準確性方面，系統(tǒng)評估結(jié)果非常樂觀：受試GMR傳感器的最大測量角度誤差《 0.3°（如圖3） ，AMR傳感器的相關(guān)參數(shù)《 0.14°。這種高精度可在很大的安全操作區(qū)域內(nèi)保持穩(wěn)定，同時毫米級的位置誤差依然可實現(xiàn)高精度角度測量。

　　圖3：在一個封裝內(nèi)兼具AMR芯片和GMR芯片的TLE5309D傳感器具有不受位置公差影響的出色準確性

　　在許多情況下，轉(zhuǎn)子位置傳感器在ISO26262功能安全方面也扮演著密切相關(guān)的角色。英飛凌提供采用雙傳感器封裝的角度傳感器，可在一個傳感器的空間集成兩個冗余傳感器。尤其是，TLE5309D通過結(jié)合利用AMR和GMR技術(shù)，可滿足最高的功能安全要求，不僅實現(xiàn)了冗余性，而且實現(xiàn)了多樣性。