广告

缩小48V轻混电动车电机驱动系统 助推汽车电气化发展

2021-03-09 赵明灿 阅读:
想要实现汽车电气化,对电机驱动系统就有以下要求:尺寸要小;功能安全;支持大功率的应用;耐高温高压。

在汽车电气化方面,各国政府都在考虑采取一定的措施减少温室气体的排放。在这样的背景下,汽车制造商有两条路可以走:一是纯电动汽车化,即用高压电池来进行电动车制造;二是采用轻混电动汽车产品。轻混电动汽车有个很好的优势是,由于它使用48V系统,因此在现有架构上只需要加上一个48V电池和一个48V电机即可。轻混电动汽车能把内燃机的温室气体排放量减少13%-22%。这样的环境下,不仅有很大的市场空间,也有很大的市场优势,能够达到各国需要满足的温室气体排放降低的要求。gU0ednc

针对怎样减少温室气体的排放,各国政府都有一定的指标。比如在美国,有平均每英里每加仑燃油指标,要达到40.4英里/加仑。从整体环境来说,巴黎的联合国气候变化大会提出2030年希望把温室气体排放量从1990年减低40%。这些都是比较难以达到的目标,而通过汽车电气化,则可将排放量减少到所需的水平。gU0ednc

轻混电动汽车电机驱动系统设计要求

日前,德州仪器(TI)发布一款集成式0级BLDC电机驱动器产品。据该公司电机驱动器业务部门总经理Kannan Soundarapandian介绍,想要实现汽车电气化,对电机驱动系统就有以下要求:gU0ednc

一、尺寸要小。因为电路板的空间是有限的,小尺寸使我们能集合更多的器件在电路板上,这就对我们的系统提供了很好的实现电机驱动的方法。gU0ednc

二、功能安全性上,TI的设计能够帮助客户方便地达到系统的功能安全性ASIL-D等级,这是业内最高的等级,也是根据ISO26262所做出的要求而设计的。gU0ednc

三、这款产品支持大功率的应用。能够帮助客户驱动30kW左右功率的电机。一个很小的电路板空间就能驱动很高功率的器件,帮助更好地实现电气化。gU0ednc

四、也是非常重要的一点。这款器件的设计对于恶劣的条件(高温高压)有很强的耐受性。它是以0级的要求做的品质检查。gU0ednc

“我们相信,这四点能够帮助客户在设计48V电机驱动应用上带来很大的帮助。”Soundarapandian表示。gU0ednc

轻混电动汽车混动方案

下面的电机驱动图很好地解释了电机所能放置的位置。gU0ednc

gU0ednc

大部分现有产品都是和内燃机放在一起,即P0架构。随着电机功率越做越大,也能够将其放到传动系统的其他位置上,从而更好地提供动力需求。gU0ednc

Soundarapandian表示,DRV3255-Q1具有以下特点:gU0ednc

一、这款最新的DRV3255-Q1有很好的集成度。与现有的三相48V BLDC无刷电机驱动相比,能够帮助客户减少多达30%的电路板空间。gU0ednc

二、功率上,能够为轻混电动汽车提供高达30kW的功率。gU0ednc

三、TI在功能安全方面做了很好的设计,能够帮助客户实现ASIL-D系统级要求。gU0ednc

四、通过0级认证,能够帮助电机免受瞬态的影响。TI在侦测和保护设计当中做了很多的考虑,能够使器件稳定可靠。gU0ednc

48V电机驱动架构简化

下图是市面上看到的一般的48V电机驱动架构。gU0ednc

gU0ednc

三相电机需要重复使用三套这样的器件。电路板上会有很多不同器件的需求,包括电阻、二极管等。还有保护的逻辑——ASC是主动短路保护机制和逻辑。如果将三套器件放在一个板子上,器件的数量就会很多。如果用DRV3255-Q1,则把它精简到只需两个电阻来实现,也即能够去掉上述三组不同的器件,如下图所示。gU0ednc

gU0ednc

DRV3255-Q1是款高度集成的芯片。它把所有需要的逻辑和需要驱动的器件都集成在一个系统里。这个系统除了能够帮助客户实现48V电机的高功率驱动以外,还可以提供缩小的电路板空间设计。这样的设计能够帮助在有限的内燃机空间内与电机系统并存。gU0ednc

DRV3255-Q1优点

DRV3255-Q1芯片的优势包括以下六点:gU0ednc

一、集成高侧和低侧有源电路逻辑,并且是业内领先的三相无刷驱动器。gU0ednc

二、提供大功率驱动,驱动功率能够高达30kW,甚至能够满足驱动一些重型车辆的需求。gU0ednc

三、内部集成了很好的保护机制,能保护48V动力总成系统免受高达95V恶劣开关瞬态电压的影响。gU0ednc

四、高度集成化提供了小尺寸解决方案,能减少12-24个无源器件。gU0ednc

五、根据ISO26262标准进行设计,能够帮助客户容易实现ASIL-D等级的系统设计。gU0ednc

六、符合AECQ-100 0级标准,具有很广的工作温度范围,能在-40℃到150℃环境下应用。gU0ednc

DRV3255-Q1常见应用

下图是这款产品的常见应用,48V电机驱动是其最主要的系统目标。gU0ednc

gU0ednc

48V和12V冗余供电

在整体系统上,电路板的空间非常小,这样就可以将它放入电机里。除了最常见的应用以外,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。无人驾驶系统需要确保智能和安全,因此需要高度的冗余。想要确保系统冗余,起码要有两个同时运行的系统并存。当将两个系统并存在一起时,如果纯粹以12V的单相电源来供电,负荷会有一定的限制,不能做到很高的重复使用。如果在这个系统上能够将一个系统用48V,另外一个系统用12V,那么它的冗余度就非常高,这样就能确保与使用单一电源相比,其正常运行的几率更高。gU0ednc

gU0ednc

一般48V驱动的电机会采用不同的MOS管来进行驱动,也即它们都处在48V电压操作范围里。一般来说,系统会有一个12V的电池,通过隔离将之供应给电源管理芯片(PMIC)、MCU和三相电机驱动器进行工作;同时,还会有48V DC-DC降压转换器提供12V电源。如果在这个系统上电压发生任何的错误,例如DC-DC降压转换器短路,就有可能把这个48V电压直接加到电源管理器件或者MCU上面。这款芯片在设计当中,把所有的逻辑接口都做到能承受最高75V的电压基准上。如果有任何错误造成这些接口加到48V电压上,这个电机驱动器就能够保护自己,承受那么高的电压负载。这是比较重要的一点,从而可提高产品的可靠度,Soundarapandian谈道。gU0ednc

加速汽车未来发展

德州仪器能够帮助汽车系统加速未来的发展。TI的产品和系统级的专业知识,能够解决很多复杂的设计难题,也能帮助加速电动化和智联自动化的汽车设计和量产。在产品创新上,TI已经有7,000种车规级的模拟和嵌入式产品,并且从2014年以来,其每年都会推出数百种新型车规级的芯片。gU0ednc

“这款芯片符合严苛的质量要求,包括ISO26262的要求和其他业内的认证,再加上我们有数十年持续推进汽车电子发展的经验,也积累了不少的系统级专业知识,能够帮助客户解决设计遇到的一些问题。”Soundarapandian总结说,“最重要的一点,德州仪器有很好的供应链,全球有14个生产基地,也拥有自己的工艺和封装制程,能够保质保量,而且都能够按时交付我们的产品。这使德州仪器对客户来说有很大的吸引力,客户能够与我们合作,他们就有很好的质量保证以及在交付期上的保证。我们还有很多其他资源如白皮书可提供给不同的客户帮助他们选择产品上的应用,帮助他们设计产品。gU0ednc

本文为EDN电子技术设计 原创文章,禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
赵明灿
赵明灿是EDN China的产业分析师/技术编辑。他在电子行业拥有10多年的从业经验。在加入ASPENCORE之前,他曾在电源和智能电表等领域担任过4年的工程师。
  • 微信扫一扫
    一键转发
  • 最前沿的电子设计资讯
    请关注“电子技术设计微信公众号”
广告
热门推荐
广告
广告
EE直播间
在线研讨会
广告
广告
面包芯语
广告
向右滑动:上一篇 向左滑动:下一篇 我知道了