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安森美创新解决方案助力汽车电子 “芯”发展

关键词:安森美汽车电子 自动驾驶技术

时间:2024-05-07 12:02:56      来源:安森美

汽车电子行业是一个不断发展的行业,随着人们对汽车安全、舒适和性能的要求越来越高,汽车电子行业也在不断进步。汽车电子领域未来的发展趋势如何?未来市场将会有怎样的预期?为此,中电网采访了深耕汽车电子领域多年的安森美半导体,与安森美中国区汽车市场应用工程主管彭超和安森美中国区汽车现场应用工程经理陈力一同探讨汽车电子领域带来的新机遇和新挑战。

——访安森美半导体

汽车电子行业是一个不断发展的行业,随着人们对汽车安全、舒适和性能的要求越来越高,汽车电子行业也在不断进步。汽车电子领域未来的发展趋势如何?未来市场将会有怎样的预期?为此,中电网采访了深耕汽车电子领域多年的安森美半导体,与安森美中国区汽车市场应用工程主管彭超和安森美中国区汽车现场应用工程经理陈力一同探讨汽车电子领域带来的新机遇和新挑战。

男人穿着衬衫

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安森美中国区汽车现场应用工程主管 彭超

年轻的人

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安森美中国区汽车现场应用工程经理 陈力

汽车电子发展趋势

当今汽车电子技术的发展趋势聚焦于新能源汽车核心技术的进步、自动驾驶技术的提升、软件定义汽车理念下的汽车电子电气架构转型、车内交互体验的创新等,这些趋势共同塑造了一个更加绿色、智能、互联且个性化的未来汽车生态。

例如随着全球对节能减排和可持续发展的重视,电动汽车(EV)和混合动力汽车(HEV)的市场份额快速增长。汽车电子技术在此领域的重要趋势包括高效电驱动系统(如使用碳化硅SiC器件的主驱逆变器)、高压电池管理系统、快速充电技术、热管理系统以及双向充电等,都能旨在提高能源效率、增加续航里程、缩短充电时间,并提升电池寿命和安全性。

另一方面,自动驾驶与高级驾驶辅助系统(ADAS)也在持续演进,从L2级向更高阶的L3、L4甚至L5级迈进,要求汽车电子系统具备更强大的环境感知、决策规划和执行控制能力。ADAS功能如自适应巡航、自动泊车、紧急制动、车道保持等日益普及,并不断拓展新应用场景。传感器融合技术(摄像头、雷达、激光雷达、超声波等)以及高精度地图、车联网(V2X)通信技术的发展,为实现更高级别的自动驾驶提供了关键技术支撑。

此外,汽车市场正在转向区域控制器架构的趋势方向,而汽车区域控制器架构正朝着分布式、集成化、智能化的方向发展,以实现更高效的数据处理、功能整合与自动驾驶支持。

未来市场预期

对于未来市场的预期,新能源汽车发展进入快车道,渗透率也在不断提高,包括纯电动汽车和插电式混合动力汽车。政府政策支持、电池成本下降、充电基础设施完善以及消费者对环保意识的增强,将进一步推动电动汽车的普及,可能在未来几年进入“黄金增长期”,特别是在过渡阶段为消费者提供更为灵活的选择。

作为电动汽车的核心部件之一,在主驱逆变器中各大车企开始纷纷导入碳化硅。据NE时代预测数据,未来5年,中国新能源乘用车市场不同类型功率器件的份额中,增长最快的将是800V高压SiC平台,其次是主要用于800V四驱车辆辅驱的800V IGBT和400V SiC的份额将先有所增长。在未来一段时间内,大部分车企的800V平台和400V平台仍将处于共存阶段,因为虽然大部分车企均有800V平台的相应规划,但不同企业对应用800V的平台策略有一定差别,最为积极的新势力头部车企将用800V平台迭代现有平台,其他OEM则相对较为稳健,会在部分高端车型上应用800V平台。

而从提升汽车驾驶自动化水平和安全性角度来看,汽车自动驾驶等级已从无自动化的L0级到目前的L1级和L2级辅助驾驶,并即将实现L3级和L3级以上的有条件自动驾驶。在L3级自动驾驶中,至少有一些场景,如高速公路试点和自动泊车,将由汽车自己处理,然后城市试点和其他更复杂的驾驶场景也会逐渐开始实施L3级自动驾驶。

汽车电路中的设计挑战

汽车电路的设计会涉及到电源管理、热管理、电磁兼容性(EMC)、电路保护、复杂系统的集成与交互以及安全性与合规性等诸多方面。随着电动汽车的普及,要求电路设计能够应对大电流、高电压条件下的安全问题,同时确保尽可能提高能效。高功率电子器件在运行过程中会产生大量热量,如果散热不良可能导致性能下降、寿命缩短甚至故障。设计有效的冷却系统,结合被动(如散热片、液冷)和主动(如风扇、泵)冷却技术,以及优化电子封装和布局,是确保系统稳定工作的关键。对系统设计人员来说,能效越高,产生的废热越少。从热管理的角度来看,这意味着可以减少散热器或完全无需散热器,从而削减方案的尺寸、重量和成本。

MOSFET 等分立功率器件的常规散热方法需要让热量通过 PCB 传递到散热器。但这使得器件性能受到影响。安森美创新的Top Cool 封装将散热焊盘移至顶部,这样散热器可以直接焊接到器件上,从而改善了 MOSFET 的散热,并且有助于提高功率密度和可靠性。



在大功率应用中,SiC 器件的效率优势将对降低电力系统的热管理需求产生非常显著的影响,因为SiC能够在比硅器件更高的频率和温度下运行,可以承受更高的工作温度,因此减少了对热管理的需求。如安森美的1200 V 和 900 V N 沟道 EliteSiC MOSFET 具有低反向恢复电荷的体二极管,可以显著降低损耗,即使在更高的频率下也是如此。芯片尺寸小有助于高频操作,减少栅极电荷,减少米勒 (Crss) 和输出 (Coss) 寄生电容器电荷,从而减少开关损耗。如果需要处理更高电流,这些器件可以配置为并联工作,因为它们具有正温度系数/不受温度影响。

封装也对散热有显著影响,如安森美的VE-Trac系列采用银烧结工艺将SiC裸芯片直接烧结在DBC(覆铜)基板上,然后将DBC焊接到PinFin底板上。底板下方则是冷却液,这种设计实现了芯片结点与冷却液之间的直接冷却路径,极大地提高了散热效率,有助于降低器件工作温度,提高系统可靠性。

汽车电子发展中安森美扮演重要角色

作为全球前十大汽车半导体供应商,安森美(onsemi)积极参与汽车电子市场发展,针对关键系统提供创新的车规级半导体解决方案,已有二十多年的成功经验,通过在汽车电气化、先进驾驶辅助系统、车身电子和LED照明等领域的专业技术与产品,推动汽车行业的智能化、电动化转型,助力提升汽车的安全性、舒适性、能效以及环保性能。


安森美电动汽车整体解决方案

例如针对主驱逆变、辅助电源、车载充电和直流快充等系统,安森美可以提供完整的智能电源方案,包括EliteSiC、IGBT、MOSFET等产品阵容。其中,EliteSiC功率模块可以提供更优秀的性能、效率和功率密度,采用了最新的平面结构的EliteSiC MOSFET,实现了从电池的直流800V到后轴交流驱动的高效电源转换。这些产品应用于车载充电机(OBC)、主驱逆变器、DC-DC转换器等关键部位,助力提高电动汽车的续航里程、充电速度和整体系统效率,响应行业对节能减排和可持续发展的需求。

图片同时安森美也可以为自动驾驶和高级驾驶辅助系统提供一系列智能感知技术,Hyperlux™系列图像传感器可以应用于前视、侧视、后视、环视摄像头系统,为车辆提供精确的环境感知能力,支持诸如碰撞避免、行人检测、车道保持、自动泊车等智能化功能,有助于提升行车安全并推动自动驾驶技术的商业化进程。

此外,安森美还能为汽车功能电子化提供全面的半导体方案,包括车身控制模块、空调电动压缩机、LED照明等应用所需的集成电路、传感器、功率器件等,通过高度集成、低功耗的产品,助力汽车制造商实现车身电子系统的智能化、轻量化和节能化。

创新解决方案助力汽车电子发展

针对电动化趋势下汽车电子系统对电力转换和功率变换更高效率的市场需求,安森美针对性的推出了一系列的产品。其中,用在电驱里的900V的EliteSiC市场反馈非常不错,我们在设计的时候充分考虑了已获得市场广泛应用的单面直接散热(SSDC)封装的特点,也就是它的杂散电感相对比较大,然后SiC的开关速度比较快,这样会容易形成比较高的关断尖峰电压,如果为了避免这个比较高的尖峰电压而采取限制SiC的开关速度,会使得SiC快速开关的特点得不到发挥,我们针对这个应用把击穿电压BV设计到了900V,这样可以使得SiC可以工作在高速下,同时也无惧比较高的尖峰电压,这样也不需要客户在使用上需要妥协效率和速度。

而安森美EliteSiC M3S产品则是专为高速开关应用而开发,具有领先同类产品的开关损耗品质因数,将助力设计人员减小其应用占位和降低系统散热要求,从而开发出能效更高、功率密度更大的高功率转换器,其中车规级1200 V EliteSiC MOSFET专用于高达22 kW的大功率车载充电(OBC)和高压至低压的DC-DC转换器。

图片包含 图示

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安森美新一代1200 V EliteSiC M3S

另一方面,为实现更高级别更安全的自动驾驶,作为汽车摄像头图像传感器的领先供应商,安森美推出了Hyperlux™系列,包括300万像素、800万像素和更高分辨率的传感器,助力从L2级辅助驾驶过渡到L3级有条件自动驾驶。Hyperlux™传感器基于2.1μm的超级曝光像素,性能优于其他3μm和2.1μm解决方案,并提供150 dB超高动态范围和减少LED闪烁,旨在实现更好的感知能力。Hyperlux™图像与其他竞争传感器图像的对比,体现了采用Hyperlux™的摄像头在具挑战的光照条件下带来的成像效果,可以捕获到不失真的交通灯、太阳周围的一切、交通标志的最小细节以及黑暗隧道或车库内的一切。而且,在从-40℃到+105℃的环境温度下,Hyperlux™的性能都非常稳定。此外,这些传感器具备业内领先的低功耗,不会耗尽电动汽车的电池电量,且小尺寸赋能智能汽车更紧凑的摄像头设计。

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