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江南官方体育APP下载.电源管理类芯片分类 汽车电机的电源方案
浏览次数:7次 发布日期:2024-04-18 04:11:09 来源:江南官方体育APP下载 作者:江南app官方网站

  电源芯片是指对电源进行变换或者控制,为负载正常工作提供合适的电压或者电流的集成电路芯片,是模拟集成电路中非常重要的芯片种类,一般包括电源转换类芯片、参考基准类芯片,功率开关类芯片、电池管理类芯片等品类,以及一些特定应用场景的电源类产品。通常把电源转换类芯片根据芯片架构分为DC-DC与LDO(low dropout regulator)两种芯片。电源管理类芯片大致还可分为以下六种:

  脉冲调制或脉幅调制PWM/ PFM控制IC,为脉冲频率调制和/或脉冲宽度调制,用于驱动外部开关;

  电池充电和管理IC。包括电池充电、保护及电量显示IC,以及可进行电池数据通讯“智能”电池 IC;

  热插板控制IC(免除从工作系统中插入或拔除另一接口的影响);MOSFET或IGBT的开关功能ic。

  对于处理器类复杂芯片或者有多颗负载芯片的复杂系统,往往需要多路电源轨,各路电源之间要符合严格的时序要求,有些系统还需求电压监测,看门狗、通信接口等功能,将这些功能集成到以电源为主体的芯片就衍生出PMU,SBC等产品类别。

  电源芯片在汽车电子系统中应用广泛,汽车电子部件中会根据应用需求用到不同种类的电源芯片。随着汽车向电动化、网联化和智能化发展,单车电源芯片应用越来越多,新能源汽车电源芯片用量将超过百颗。

  典型电源芯片应用案例,电源芯片在汽车电机的应用,主要用于产生各类二级电源,如为主控芯片、相关采样电路、逻辑电路、功率器件驱动电路提供工作电源或参考电平。

  图1是传统的汽车电机的电源方案,该方案可以满足系统的供电需求,但无法满足产品具备一定的功能安全要求。

  图2是在图1方案基础上,改用具有监测和诊断功能的SBC芯片,优化了弱电电源的监控及诊断功能,因此该架构具备了一定的功能安全等级(如ASIL B)。

  图3是在前两者的基础上,低压电源的监控及诊断更为完善,同时增加了高压/低压的DC-DC备用电源,可以满足最高安全等级(ASIL D)的需求,虚线框内备注了利用该电源芯片搭建的电源拓扑。

  (注,此处所展示的电源拓扑仅为一定范围内调研的通用解决方案,不代表车在电机内电源的所有应用案例,下同)。

  闪存作为一种存储介质,广泛应用于固态硬盘,UFS,eMMC,SD卡,U盘等存储产品中;闪存是一种非易失性存储器,即断电数据也不会丢失。 车载系统电源通常来自于电池,乘用车与商用车一般分别采用12V与24V电池电压。由于车载系统特殊的工况,该电压存在一定的波动范围。对于车载系统中具体的用电芯片,往往不能直接使用电池电压,需要电源转换类芯片将电池电压转换到芯片所需的电压值。以下对DC-DC开关电源与LDO线性电源两类进行分析。 (1)DC-DC开关稳压器

  DC-DC开关稳压器是指直流电压到直流电压稳压器,常指开关电源。DC-DC芯片的功率管工作于高频开关状态,利用电感、电容进行储能与滤波来达到电压转换的功能。 根据功率管是外置还是内部集成,可以把DC-DC芯片进一步分为直流转换与直流开关转换器,通常针对大电流输出场景采用直流转换架构,电流输出较小的应用场景采用集成功率管的直流开关转换器。根据输出电压与输入电压之间的关系,又可以分为Buck,Boost,Buck/Boost几种常用拓扑架构,除此之外还有Sepic,Cuk,Zeta等拓扑架构,由于后者在车载系统中应用相对较少,本文不做展开。 下表为DC-DC开关稳压器分类,主要功能,关键参数和应用场景。

  LDO Regulator是指低压差(Low Drop-Out)线性稳压器,同样广泛应用于车载系统的电压转换。与DC-DC开关稳压器不同,线性稳压器的功率管并非工作于高频开关状态,而是工作于输出特性曲线的某个特定点。相比于DC-DC芯片,LDO有更低的噪声,外部被动器件少,电路简单,较少带来EMC干扰等优点。但是LDO的电源转换效率低,尤其是输入输出压差较大的时候,发热明显高于DC-DC,因此不适合大电流输出场景,通常输出电流在数百mA到数A以内。

  对于LDO,根据输出电压的调节方式,又可分为通用型LDO以及跟随型LDO。通用型LDO的应用最为广泛,几乎每个车载系统都会有应用。跟随型LDO有特定的应用场景,需要该LDO的输出电压跟随另一路LDO的输出电压或基准电压的变化而变化。

  电源类芯片在汽车内应用较为广泛,国内企业技术发展相对成熟,以全志科技、华大半导体、圣邦微、瓴芯等为代表的国内企业在LDO、芯片、DCDC芯片、PMU芯片等应用领域均有较为成熟的产品,目前正在逐步开展国产导入。

  纯电动或混动动力汽车上的电机MCU(Motor Control Unit),其主要功能就是将电池的高压直流电,转换为交流电,来驱动电机运行。作为电动汽车传动链上的重要一环,如果MCU失效,直接威胁到人员的生命安全。这就是所谓的功能安全问题,国际上也有相关的ISO 26262标准,国内对应的是GBT 34590。 现在功能安全话题很热门,出门交流不谈功能安全,就显得自己外行一样。那什么是功能安全?用人话解释就是,电子器件组成的MCU,在工作过程中,如果任何软硬件出了问题,产生的后果都不应该威胁到人身安全。 如上图所示,MCU的主要作用就是用矢量控制驱动电机运行,要实现矢量控制就要检测电机电流、电池电压和电机转子位置等信

  硬件功能安全 /

  其中电动汽车的电机包括IPM及其控制电路,其实是电动汽车的核心部件。伴随着集成的功能增多。包括车辆操控信号的处理、输出,DC-DC模块、空调,水泵...驱动功能组件,从而形成整车控制单元(VCU),它是整个车辆的主要控制电气部件。 电气产品,除了软件设计的功能齐全外,其内部的电磁兼容EMC也非常重要!!! 如果处理不好,会造成车辆控制不稳定。 千万不要认为是金属外壳,有屏蔽效果,那只是对外的。 其中关键还是内部各诸元间EMC问题。 第一就是内部的强弱电混装不隔离,会造成强电的干扰使得控制信号不稳,逻辑错乱,后果严重时,会导致车辆刹车失灵,转向助力失效,动力缺失等安全问题。 其中上述问题还不能检测出来。 为了

  的电磁兼容原理解析 /

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