根據(jù)乘聯(lián)會的數(shù)據(jù)，今年1到4月份，新能源汽車產(chǎn)銷雙雙超過70萬輛，分別達到了75萬輛和73.2萬輛，已經(jīng)連續(xù)10個月刷新了當月銷售記錄。全國乘用車市場信息聯(lián)席會秘書長崔東樹更是預(yù)測今年新能源乘用車銷量突破220萬輛，整個新能源汽車市場或達250萬輛規(guī)模。
盡管銷售火熱，但其實很多消費者對于購買電動汽車仍然還有很多的顧慮，比如電池的安全性、充電的便捷程度、續(xù)航里程，以及比燃油車更高的成本等等。這些問題或多或少地阻礙了新能源汽車的進一步普及。
據(jù)麥肯錫的一份報告顯示，電動汽車的平均生產(chǎn)成本比傳統(tǒng)燃油車高出12000美元。要縮小這個成本差距，同時提高效率、可靠性和延長續(xù)航里程，對汽車設(shè)計工程師來說是一個不小的挑戰(zhàn)。不過電動汽車動力總成集成解決方案或許是個不錯的選擇。
動力總成集成方案可將系統(tǒng)尺寸和成本均降低50%
據(jù)周東寶介紹，通過使用TI的解決方案，客戶可以實現(xiàn)從分布式的電源架構(gòu)到單個動力域的控制器的方案轉(zhuǎn)變。整個系統(tǒng)的復(fù)雜程度也會隨著整合級別的增加而提高，對客戶的收益也會越來越高，不過，他也坦承，集成度越高，面臨的挑戰(zhàn)也會越多。
周東寶進一步指出，集成化的方案可以從以下幾個方面來幫助客戶將整個系統(tǒng)的尺寸和成本降低50%。
第一，電驅(qū)動系統(tǒng)多合一的集成化的解決方案，通過共享外殼的耦合以及冷卻系統(tǒng)，減少連接器的數(shù)量；
第二，通過更進一步的共享控制電路以及共享功率電路等，有效地降低電驅(qū)動系統(tǒng)的體積、重量和成本，同時提高電驅(qū)動系統(tǒng)的功率密度；
第三，更好地實現(xiàn)輕量化，有助于延長電動汽車的續(xù)航里程；
第四，通過整體上對系統(tǒng)進行熱性能的優(yōu)化，保證系統(tǒng)的可靠性。同時，因為功能安全是現(xiàn)在電驅(qū)動系統(tǒng)里面非常重要的一個設(shè)計指標，所以TI集成化的解決方案也有助于簡化功能安全系統(tǒng)的開發(fā)和認證工作。
TI的動力總成集成方案是如何實現(xiàn)的？
周東寶介紹說，TI的三合一動力總成集成解決方案用了C2000系列微控制器、集成驅(qū)動器的GaN場效應(yīng)晶體管、隔離驅(qū)動器UCC5870、以及溫度傳感器TMP126等TI的產(chǎn)品。
第二，采用集成驅(qū)動器的GaN場效應(yīng)晶體管，可以將開關(guān)管的門極電容和輸出電容做得比硅管更低，同時，因為GaN器件沒有傳統(tǒng)MOSFET寄生二極管的反向恢復(fù)問題，所以能以高達2.2MHz的開關(guān)頻率來工作，同時保持非常低的開關(guān)損耗。再結(jié)合TI定制開發(fā)的低寄生電感的增強散熱型的切片式封裝，可以實現(xiàn)兩倍的功率密度提升，以及將磁性元器件減小59%。在氮化鎵功率器件內(nèi)，內(nèi)置了數(shù)字溫度的采樣功能，以提供實時的溫度信息，從而可以更靈活地去實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)的熱管理。對于一些常用的過流、短路、過溫和欠壓等保護功能，TI也都把它集成到氮化鎵的開關(guān)管里面，客戶無需再額外加分立電路來實現(xiàn)這些功能。同時內(nèi)置的短路和過流保護的電路可以在低至100ns的時間來響應(yīng)，從而也提高了系統(tǒng)的可靠性。
第三，隔離驅(qū)動器UCC5870系列可以提供高達15A的峰值電流的驅(qū)動能力，這也意味著客戶不需要再外加額外的功率放大電路，它也能夠保證整個開關(guān)管可以進行非常高效的開通和關(guān)斷，從而達到更高的效率。UCC5870可以在200ns的時間內(nèi)進行短路保護，同時共模抑制比做到了150V/ns，在業(yè)界都是非常高的一個水平。更高的共模抑制比意味著TI的芯片可以在更惡劣的噪聲環(huán)境下可以保持可靠的通訊，同時也能夠保證可以正確地驅(qū)動開關(guān)管進行相應(yīng)的動作，從而達到更高的系統(tǒng)級可靠性。
第四，溫度傳感器TMP126這款產(chǎn)品可以在全溫度范圍下（-40℃~+175℃）的環(huán)境溫度下工作，同時它的采樣精度可以高達正負0.3度。這么高的精度對系統(tǒng)的意義在于越高的溫度傳感器精度，可以幫助客戶在設(shè)計整個系統(tǒng)的時候留有更小的設(shè)計余量。同時，在做系統(tǒng)動態(tài)的一些溫度補償時，精度可以更高，也有助于最大化地提高系統(tǒng)的效率。另外，其數(shù)字接口內(nèi)置的循環(huán)冗余校驗功能，也能確保在高噪聲的電磁環(huán)境下能夠可靠地進行通訊。
周東寶還特別介紹了TI有兩種途徑來幫助客戶簡化功能安全系統(tǒng)設(shè)計的開發(fā)和認證工作：
第一，TI可以提供符合功能安全標準的產(chǎn)品，比如隔離驅(qū)動器UCC5870，是按照TI經(jīng)過TÜV SÜD認證的功能安全產(chǎn)品開發(fā)流程所開發(fā)出的產(chǎn)品。“對于這款產(chǎn)品，我們可以提供非常完整的功能安全相關(guān)的文檔，比如FMEDA、功能安全手冊、FIT值等。”周東寶表示。而對于大多數(shù)常用的信號鏈的產(chǎn)品，如簡單的電源和信號鏈產(chǎn)品，TI則可以提供整個器件功能安全的FIT值，以及它失效模式的分布等等這些技術(shù)文檔，幫助客戶進行功能安全的設(shè)計。
第二，為了加速客戶產(chǎn)品的開發(fā)時間，TI跟TÜV SÜD合作，也開發(fā)了功能安全等級更高可以達到ASIL D的集成牽引驅(qū)動器和DC/DC直流變換器的整個升級方案。TIDM-02009相關(guān)的一些資料、設(shè)計文檔等數(shù)據(jù)也都可以在TI的官網(wǎng)上找到。這個參考設(shè)計使用了TI最新的C2000系列MCU以及UCC5870隔離驅(qū)動器，它可以實現(xiàn)高達2萬轉(zhuǎn)每分鐘的轉(zhuǎn)速，以及2 MHz的開關(guān)頻率。
最后，周東寶總結(jié)了TI動力總成系統(tǒng)集成解決方案的優(yōu)勢。首先，集成解決方案功率密度高，整個系統(tǒng)效率可以達到98%。其次，通過利用TI的產(chǎn)品的技術(shù)，幫助客戶進行熱性能方面的優(yōu)化，以及診斷、保護等等電路的一些設(shè)計，TI可以提升整個電路的可靠性。三是，通過使用TI的產(chǎn)品，可以使用更少的器件、更小的解決方案和尺寸來將整個系統(tǒng)的成本進行大規(guī)模地降低。四是，TI提供了多種方案來簡化客戶的功能安全認證，比如高達ASIL D級的合規(guī)認證工作。
動力總成集成方案應(yīng)用案例
在他看來，這幾年新能源汽車行業(yè)發(fā)展非常迅速，同時電力電子在新能源汽車的帶動之下，也產(chǎn)生了很多新的技術(shù)的方向和趨勢。“目前電動汽車的發(fā)展有兩個非常明顯的趨勢，一是提升性能；二是降低成本，減少產(chǎn)品的體積和種量。”韓永杰表示。
首先，他介紹了其OBC和DC/DC集成的解決方案。目前市場上有兩種集成方式，一種是物理集成，它是把OBC和DC從物理的兩個盒子放在一個盒子里，是接插件共用的概念。
“威邁斯的磁集成是一個更深等級的一個集成的方式，最主要是采用軟件和硬件深度結(jié)合的方式來共享很多電力電子器件，包括共享變壓器。其次是共享電力電子器件，也跟TI的產(chǎn)品有很深的結(jié)合。因為集成對整個產(chǎn)品的實施控制還有產(chǎn)品的精度要求都非常高，C2000系列也在這里扮演一個很重要的角色。”韓永杰表示。
韓永杰認為，從未來的趨勢來講，整個動力系統(tǒng)應(yīng)該是要趨向于一個集成。目前可能存在著三塊，即OBC、DC/DC和PDU集成，電機和減速機。“從未來的發(fā)展來講，實際上還要進一步地集成。威邁斯在這一塊做了很多工作，我們在應(yīng)用這一塊也是跟TI在做深度的合作，尤其是C2000和UCC5870驅(qū)動芯片，應(yīng)用在我們的產(chǎn)品上。”他對媒體表示。
結(jié)語
