瑞薩48V測試環(huán)境解決方案適用于新能源汽車系統(tǒng)

在動力總成電氣化的各種變化中，輕型混合動力（MHEV）市場預計將在未來以高速率增長，因為48V電源網(wǎng)絡的實施將具有顯著的成本效益。另一方面，增加的48V電源網(wǎng)絡也要求對其ECU設計和安裝在其上的半導體有新的要求。主要要求為12V和48V電源的共存，并且需要證明它們在各自的電源網(wǎng)內(nèi)以及相互之間的電源網(wǎng)之間正常工作。瑞薩開發(fā)了概念驗證板（PoC），以識別和驗證這些系統(tǒng)級要求。我們已經(jīng)開始開發(fā)符合VDA320，ISO21780和ISO16750標準的用于評估和新IP驗證的測試芯片。這些評估的結果將應用于目前計劃中的48V柵極驅(qū)動器單元（GDU）系列產(chǎn)品的開發(fā)。

MHEV市場與應用

動力總成的電氣化對于實現(xiàn)日益嚴格的CO2排放指標至關重要。xEV分為幾種類型，包括電動汽車（BEV），插電式混合動力汽車（PHEV），全混合動力電動汽車（FHEV）和輕度混合動力電動汽車（MHEV）。

從電氣化的發(fā)展方式來看，MHEV具有很高的增長率。Strategy Analytics預計，MHEV從2018年到2025年的復合年增長率為32％。MHEV市場將首先在歐洲和中國占主導地位，其次是美國。預計到2025年，將增長至歐洲350萬輛、中國240萬輛和美國230萬輛。

MHEV配備了額外的小型電動機，可以低成本并且便捷的集成在現(xiàn)有ICE（內(nèi)燃機）上。大多數(shù)MHEV采用48V系統(tǒng)。在48V系統(tǒng)中已經(jīng)實現(xiàn)了諸如BSG / ISG和輔助應用等12V應用，并且在可預見的將來，更多的12V應用將移植到48V系統(tǒng)中。圖2顯示包含牽引電動機、發(fā)動機、輔助應用等在內(nèi)的48V MHEV和48V電動機控制應用，預計將會持續(xù)增長至2030年。輔助應用的份額將約為45％，其中包括有油泵，水泵，壓縮機，渦輪增壓器等。

48V系統(tǒng)的優(yōu)點

48V系統(tǒng)的主要優(yōu)點是它能夠存儲在各種駕駛情況下（例如制動和慣性駕駛）損失的能量，并使用該能量來獲取動力（例如負載驅(qū)動）。這種所謂的再生能源可節(jié)省約10％至15％的燃料，并減少CO2排放。通過將這種再生能源存儲在48V電池中，可以獲得減少負載電流的派生優(yōu)勢，有助于降低功率損耗，減輕線束的重量和成本，并提高效率。

新要求和挑戰(zhàn)

引入48V系統(tǒng)（稱為48V電源網(wǎng)）要求符合12V / 48V電源網(wǎng)組合的多個標準，如VDA320、ISO21780、ISO16750、LV148等。這些標準化活動主要由歐洲OEM和Tier1領導。為保證12V板網(wǎng)和48V板網(wǎng)共存，需滿足一些特殊要求，除了抗高壓能力外，還需要在12V和48V電源上實現(xiàn)域間隔離。

當前，與48V電源系統(tǒng)兼容的半導體組件的數(shù)量有限，因此有必要使用許多分立組件才能在48V ECU中實現(xiàn)所有必需的功能。例如，用于48V輔助應用的現(xiàn)有解決方案由或多或少的分立組件組成，從而導致非常高的BOM成本。

瑞薩解決方案

瑞薩開發(fā)了48V測試環(huán)境，這是一個針對48V輔助應用（尤其是48V電機控制應用）的PoC解決方案。它考慮了可配置的12V / 48V域隔離，如雙電源、感應、監(jiān)視/診斷功能等必要功能。主要目標是確定48V半導體組件的系統(tǒng)級要求以及遵循VDA320，ISO21780和ISO16750等標準時面臨的主要挑戰(zhàn)。

在PoC板中配備了以下幾款瑞薩的汽車芯片產(chǎn)品和其他組件：

RH850/C1M-A2: 專門用于EV / HEV應用的32位微控制器

RH850微控制器的電源管理IC RAA270000RAA270000

半橋驅(qū)動器ISL78434

100V ANM2功率MosFET RBA250N10

電感式Sin / Cos高速旋轉位置傳感器IPS2550

單路輸出降壓控制器

用于電源轉換的隔離式PWM控制器ISL78215

此PoC解決方案的主要目的是確定48V系統(tǒng)的半導體組件的系統(tǒng)級要求，并確定在滿足測試標準（例如VDA320，ISO21780和ISO16750）方面面臨的挑戰(zhàn)。瑞薩已經(jīng)基于這些標準構建了48V測試環(huán)境，并且已經(jīng)開始進行評估，評估結果和獲得的問題對于開發(fā)測試芯片也很有幫助。

預計將在各種輔助應用中部署48V系統(tǒng)，但考慮到支持它們的半導體組件數(shù)量有限，同時引入48V電源網(wǎng)絡時會出現(xiàn)各種技術問題。瑞薩目前正在為48V系統(tǒng)開發(fā)新的柵極驅(qū)動器產(chǎn)品系列。在這些產(chǎn)品系列中，電機控制系統(tǒng)所需的功能將集成到IC中，并且將列出所有帶或不帶電流隔離的衍生產(chǎn)品具有成本效益和創(chuàng)新性的隔離概念有助于符合VDA320，ISO21780和IS016750。

另外，通過整合電動機控制所需的功能，簡化了組件安裝，可望減少BOM成本和PCB空間，并且可通過將ECU集成在電動機殼體內(nèi)來使系統(tǒng)小型化?？梢詫娀谋O(jiān)視，保護和診斷功能集成到柵極驅(qū)動器中，以提高功能安全級別。另外，通過以模塊化的方式將功能集成到柵極驅(qū)動器中，可以將每個柵極驅(qū)動器作為針對每種應用的優(yōu)化解決方案來提供，從而縮短了客戶進入市場的TAT。

瑞薩計劃將PoC解決方案中現(xiàn)有的柵極驅(qū)動器替換為正在開發(fā)的48V柵極驅(qū)動器產(chǎn)品，并在將來與演示軟件一起將其作為48V輔助應用的參考設計。作為一種“easy to use”的解決方案，我們相信我們可以為客戶在縮短新ECU設計時的開發(fā)周期上做出貢獻。感謝您的關注。

原文標題：工程師說 | 瑞薩適用于新能源汽車系統(tǒng)的解決方案

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