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德州仪器重磅抛出多款解决方案助力汽车零排放之路

关键词:功率器件技术 嵌入式处理器 BQ79606新能源汽车 汽车零排放自动驾驶

时间:2019-05-05 16:48:47       来源:中电网

传统汽车正在经历新的变革,业界称之为新三化,也有新四化的提出,无论怎么定义始终离不开更节能、更智能、更安全的变革焦点。汽车离不开电子元器件,其发展速度越快为电子元器件公司带来的挑战就越大,与此同时又为各半导体公司带来更多新的机遇。德州仪器(TI)作为嵌入式处理器和模拟半导体的行业领导者,在全球30多个国家拥有10万多客户,为市场提供着10万余种产品。了解TI的人都知道,近年来他们不但提供安全可靠的元器件产品,同时为市场提供更优秀的系统解决方案。今年刚好是TI汽车事业部发展的第35个年头,正逢汽车行业新的变革,TI的目标是致力于为新能源汽车和动力汽车提供更加高效、节能和安全的解决方案。前不久在以车辆电气化为主题的发布会上,TI中国区汽车业务部总经理张磊先生及中国区汽车电子技术应用经理师英先生和媒体朋友们分享了TI在加快汽车系统的未来发展举措,同时一口气发布了5款参考设计和新产品。其中包括:

–混动、电动汽车电池管理系统参考设计
–TMP235-Q1高精度温度传感器
–UCC21710-Q1隔离式SiC和IGBT栅极驱动器
–混动、电动汽车牵引逆变器功率级参考设计
–适用于直流快速充电,基于SiC的3相双向电源变换参考设计

左:张磊,德州仪器(TI)中国区汽车业务部总经理; 右:师英,德州仪器(TI)中国区汽车电子技术应用经理.jpg
图左:张磊,德州仪器(TI)中国区汽车业务部总经理;
图右:师英,德州仪器(TI)中国区汽车电子技术应用经理等

TI在汽车电子系统中的发展

TI中国区汽车业务部总经理张磊先生表示,TI在新能源汽车和动力系统领域不断创新,在传统被动安全系统上如ABS和安全气囊TI有非常庞大的市场份额。伴着汽车电子化的不断演进,更智能、更安全,更节能的汽车已然成为新的发展趋势。张先生说,先进的驾驶辅助系统和自动驾驶功能,可以减少人为错误,在这里TI除了自动泊车、盲点检测功能外,还致力于提供无人驾驶4级以及更高技术的研发和储备;在车身电子和照明方面,张先生说创新的模拟和嵌入式处理器,可优化舒适性和便利性, TI有众多方案应用在LED灯上,在照明方面TI有独创且独有的技术,可以提供整个汽车业内唯一的100万像素的前灯方案;当今最为流行的沉浸式的信息娱乐系统和集群系统,可以让驾驶员掌握更多道路状况并减少分心。未来会有更多的TI DLP抬头显示配装,集娱乐、导航相结合,使得整个驾乘体验和驾驶安全性得到更高提升;在新能源汽车和动力汽车的创新领域,在零排放交通之路上TI致力于提供高性能、安全性的创新技术和方案。

张先生提到,在汽车电气化演进的道路上,其中电力动力输入系统、DC/DC板上电源管理系统、电池管理充放电,电池管理的精度测量、板上的充电系统,是纯电和混动汽车四大重要动力引擎,是保证整个系统能够高效、节能、绿色、运营的根本。

他认为,汽车电气化就是为了实现零排放交通,最终实现从内燃机(ICE)到混合动力汽车(HEV),再到电动汽车(EV)的过渡。TI的解决方案涵盖HEV/EV的发动机管理、传动、传感部件和助力转向系统,通过车辆电气化方面的创新加速电动汽车和动力总成设计,减少排放、减轻重量并通过减少机械部件提高效率。

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基于BQ79606的最新研发

参考设计:高精度混动/电动汽车电池管理系统

具体内容,我们来听听德州仪器(TI)中国区汽车电子技术应用经理师英的详细解读。

师先生介绍,这款高精度混动/电动汽车电池管理系统参考设计是基于TIBQ79606-A新能源汽车电池管理系统而做的提升,支持从12V电池系统到400V电池系统,甚至可以扩展到800V,这种可堆叠的设计,为电池系统提供评估、快速搭建的参考系统工具。与上一代产品相比,对于多个电池核心,该设计可以做到电压测量同步进行。回顾上一代产品,师先生说,上一代的产品可以测量16通道的电压,这16通道电压是通过一个模拟开关把其分时间切入到同一个ADC核心进行转换,而新一代产品的每个通道均是对应一个单独的ADC,可以同步采样。提供便利性的同时提升了更高的精度。是一款具有20mm x 40mm小外形尺寸解决方案,有助于设计人员支持ISO26262 ASIL D级功能安全。

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新产品:BQ79606-Q1精密监视器

BQ79606-Q1是一款精密监视器,具有用于电动汽车驱动系统的集成硬件保护器。通过菊花链的技术推叠,支持电气化传动系统中的大型电池组配置。从48V、400V、800V甚至1.5KV电池包的模组。可以达到小于1%的电压测量精度,师先生表示,这是一个非常高的指标。另外,在电芯电压测量上,做到每个通道同步工作。除了每个BQ79606里单独的电芯、电压测量的ADC外,还有独立辅助的ADC,可以提供单独温度测量通道。该芯片中的电芯电压测量,温度测量以及通讯三个部分均可以满足ISO26262 ASIL D安全等级。

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新评估板:集成保护的6通道精密电池监视器(BMS)

下图是TI推出的BQ79606-Q1评估板,具有集成保护的6通道精密电池监视器,通过菊花链的通讯端口,可以支持最多64个模块的堆叠。该评估板售价199美元。

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TMP235-Q1:高精度温度传感器

据师先生介绍,这款TMP235-Q1高精度温度传感器可以在千瓦级的功率等级下保护动力总成系统免于过热所带来的损失。他讲到,TPM235-Q1目前是TI温度传感器中精度最高的一款芯片,在-40到150°C工作温度范围内提供±0.5°C的温度测量精度。

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集成传感功能的IGBT和碳化硅(SiC)隔离式栅极驱动器

新能源汽车向着更安全、更绿色、更节能的方向发现,从整个汽车设计系统挑战来看,如何持续提高功率密度,提高功率使用的效率,一直是设计师面对的挑战。TI的UCC21710-Q1是一款IGBT和碳化硅(SiC)隔离式栅极驱动器集成了传感功能。据有以下几大特点:一是驱动强度高,可以提供峰值达到±10A的驱动电流,降低开关损耗,其响应时间为200ns的过流检测可实现快速的系统保护;二是UCC21710-Q1具有增强型的隔离技术,延长绝缘层的使用寿命,抗浪涌能力高达12.8KV;三是高集成度,TI将缓冲器和传感器集成到一起,减少了外部元件,同时使用隔离的模拟-脉宽调制传感器提供精确的温度、电流或电压感测。

TI已经推出该驱动器的评估板,售价99美元。该评估板提供每通道单独10A峰值输出驱动电流,驱动电压可编程;其两个5.7kVrms的增强型隔离通道,支持高达1.7kV的输入电压;还提供带软关断和钳位的短路保护电路。

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混动、电动汽车牵引逆变器功率级参考设计

另外,TI还推出了TIDA-020014和TIDA-020015新的参考设计,前者是用于混合动力汽车/电动汽车牵引逆变器功率级的3种IGBT/SiC偏置电源解决方案参考设计;后者是用于IGBT/SiC栅极驱动器的4.2W,4.5V至65V输入、紧凑型偏置电源参考设计。

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新产品:65V输入,集成100V/1.5A FET的PSR反激式转换器 LM5180-Q1

师先生向大家介绍了该反激式转换器的几大特点,其一是该转换器具有高集成度,内部包含100V/1.5A的开关管,外部无需功率级器件。无论从设计还是系统成本上都为客户带来有效的帮助;其二是无需单独的光耦隔离器件或额外变压器的绕组,在外围电路上,做到简洁,减少面积;其三是具有线性度非常好的电源转换效率。由12V汽车电池直接驱动,降低中间电源轨发生故障的风险。随后师先生解释到,之前市场上更多的电源设计为两级电源变换,由12V-5V-DC/DC,如此不仅对电池电压的稳定性有一定的影响,同时为整个系统成本也带来一定的负担。

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为应对直流快速充电推出的三相Sic参考设计

目前比较常见的电动汽车充电方式是一种交流充电系统,电网通过EVSE标准的充电桩,提供交流电压(AC)进去,通过OBS( AC/DC转换器),对电池组持续高压电流进行充电。充电器功率可达约1.44KW至22KW,充电时长达5到15个小时。而另外一种直流快速充电系统,即从电网到直流快速充电桩,直接用高压直流电源进入到OBS里对电池组进行充电。充电器功率在20KW至340KW,仅需15到30分钟。如此快的速度,特别是将大功率注入电池,在安全方面带来什么挑战和如何应对呢?师先生表示:“这样的设计挑战需要充电系统能够提供更高的能量密度和电源转化效率。从现在技术发展方向来看,V2G是当下或下一个技术发展的方向,即从电网到直流快速充电桩,提供了高压直流电源进去,旁路了汽车里的OBC,直接用一个高压直流电源进入到OBS里对电池组进行充电。要求我们的OBC和整个直流充电系统都要支持双向的电源变换。“

为此,TI最新参考设计,是一个基于碳化硅的三相AC/DC双向转换。工作效率,电源转换效率均可以达到98%。且基于碳化硅技术,在目前功率器件技术水平之上可以提供最大化的功率密度和能量密度,满足Combo-1电动汽车充电标准,800V直流充电可以输出高达10kW的输出功率。

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师先生最后总结到,TI拥有丰富的电子汽车系统设计专长和经验,产品包括模拟和嵌入式处理,并且做到持续不断的创新,今天发布的这几款产品和方案均是朝着更高效,更安全,更环保的方向,为汽车走向零排放提供精密的监控和保护。

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