主電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器——電動(dòng)汽車技術(shù)的幕后英雄

中國(guó)大陸汽車行業(yè)這些年發(fā)展之快難以想象，從汽車銷量上就可以看出一個(gè)總體趨勢(shì)，中國(guó)大陸二十幾年前，汽車產(chǎn)量只是非常少的幾十萬(wàn)量，而現(xiàn)在的汽車產(chǎn)量早已經(jīng)是攀升到年產(chǎn)兩千萬(wàn)量以上的級(jí)別了。中國(guó)大陸汽車市場(chǎng)的容量讓全球矚目，汽車電子行業(yè)的發(fā)展給芯片供應(yīng)商和代理商帶來(lái)了巨大的商機(jī)。

其中，中國(guó)大陸的電動(dòng)汽車發(fā)展更快，2016年電動(dòng)汽車總銷量近290萬(wàn)量，到2017 年電動(dòng)汽車總銷量超過(guò)550萬(wàn)輛，比2016年增長(zhǎng)超過(guò)90% 。現(xiàn)在國(guó)家鼓勵(lì)發(fā)展純電動(dòng)汽車，2017年純電動(dòng)汽車（BEV）的銷量比2016年增長(zhǎng)了一倍多，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)插電式混合動(dòng)力汽車（PHEV）的增長(zhǎng)幅度。安富利公司在汽車電子領(lǐng)域的生意規(guī)模也持續(xù)增長(zhǎng)。

主電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器是純電動(dòng)汽車中主要的核心部件之一，安富利全球設(shè)計(jì)部門的上海實(shí)驗(yàn)室正在開發(fā)電動(dòng)汽車主電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制新方案，目標(biāo)應(yīng)用小型或緊湊型乘用車，最大輸出功率50KW。該驅(qū)動(dòng)控制方案的特點(diǎn)是其按照了ISO26262的規(guī)范選取器件，所以可以做為ASIL-D電機(jī)控制系統(tǒng)的參考，也可以用于快速評(píng)估主控芯片及驅(qū)動(dòng)電路等元器件。

ISO26262（Road vehicles- Functional safety）是汽車安全性國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，旨在提高汽車的安全性。現(xiàn)在大家常常聽到的功能安全就是為了防范日益增加的系統(tǒng)失效和隨機(jī)硬件失效的風(fēng)險(xiǎn)。ISO26262標(biāo)準(zhǔn)涵蓋了功能安全方面的需求規(guī)劃、設(shè)計(jì)、實(shí)施、集成、驗(yàn)證、確認(rèn)和配置等全部的開發(fā)過(guò)程。

ASIL（Automotive Safety Integrity Level 汽車安全完整性等級(jí)）是ISO26262標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)安全風(fēng)險(xiǎn)程度對(duì)系統(tǒng)或組成部分劃分由A到D的安全需求等級(jí)，D級(jí)是最高等級(jí)，對(duì)安全需求的要求也最高。ASIL-D電機(jī)控制系統(tǒng)對(duì)硬件和軟件開發(fā)流程的要求也更高。

安富利的主電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案采用了英飛凌的IGBT功率模塊，型號(hào)是HybridPACK?1 DC6，705V/400A，主控芯片采用英飛凌的AURIX? TC275三核處理器，帶有鎖步核等安全機(jī)制，是一款A(yù)SIL-D等級(jí)的芯片。電源及系統(tǒng)監(jiān)控管理芯片采用TLF35584，一樣也是ASIL-D等級(jí)的芯片。該方案支持不同的電機(jī)接口：旋轉(zhuǎn)變壓器，巨磁阻編碼器，光電編碼器。其中TC275支持旋變軟解碼。方案的系統(tǒng)框圖如下所示：

同時(shí)，安富利還為此專門投資配備了新的磁粉測(cè)功機(jī)系統(tǒng)，如下圖所示：

磁粉測(cè)功機(jī)是用于在實(shí)驗(yàn)室對(duì)被試電機(jī)施加轉(zhuǎn)矩負(fù)載并吸收其功率的轉(zhuǎn)矩機(jī)，也是旋轉(zhuǎn)力矩——靜止力矩變換器。轉(zhuǎn)速傳感器及轉(zhuǎn)矩傳感器都安裝在測(cè)功機(jī)上，通過(guò)測(cè)功機(jī)將被試電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)和模擬信號(hào)。

安富利的主電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案采用主控芯片TC275是英飛凌AURIX?多核單片機(jī)系列，其多核架構(gòu)包含多達(dá)3顆獨(dú)立32位TriCore處理核，可滿足業(yè)界最高安全標(biāo)準(zhǔn)ASIL D。還采用了65納米嵌入式閃存技術(shù)，在苛刻的汽車應(yīng)用環(huán)境里可靠性高。AURIX?有多種通信接口，有多個(gè)PWM產(chǎn)生單元例如GTM，CCU6，有不同ADC模塊VADC和DSADC，綜多安全機(jī)制模塊例如IOM，HSM，F(xiàn)CE等，具有高性能浮點(diǎn)運(yùn)算，還集成硬件除法單元。

方案中的IGBT功率模塊在電動(dòng)汽車電機(jī)控制中起到至關(guān)重要的作用，是電池系統(tǒng)與電機(jī)系統(tǒng)之間能源轉(zhuǎn)換的橋梁，主控芯片控制IGBT功率模塊的開關(guān)，將電池存儲(chǔ)的直流電（DC）轉(zhuǎn)換成交流電（AC），用于車載交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，并在車輛制動(dòng)時(shí)，將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，可以為電池充電。英飛凌HybridPACK?1 DC6模塊專門設(shè)計(jì)用于電動(dòng)汽車逆變器應(yīng)用，采用與高性能陶瓷基底結(jié)合銅底板焊接技術(shù)及英飛凌增強(qiáng)型引線鍵合（bonding wire）工藝，使熱循環(huán)和功率循環(huán)使用壽命都得到顯著提高。

下圖所示為方案驅(qū)動(dòng)與控制電路板：

安富利的電動(dòng)汽車主電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制的新方案更多考慮到了未來(lái)日益增長(zhǎng)的對(duì)功能安全的需求，著眼于ISO26262標(biāo)準(zhǔn)，從主控芯片到功率模塊、電源芯片都采用了滿足ASIL-D等級(jí)的芯片，并且在實(shí)驗(yàn)室建立了模擬負(fù)載測(cè)試的實(shí)驗(yàn)條件，看重中國(guó)后續(xù)更加規(guī)范、更加強(qiáng)調(diào)功能安全的廣闊電動(dòng)汽車主電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器市場(chǎng)。如果有興趣，可以聯(lián)系安富利各區(qū)域辦事處，了解該方案詳細(xì)技術(shù)內(nèi)容，愿為各地客戶提供更好的服務(wù)。