未來主流——電動汽車技術的幕後英雄

中國大陸汽車行業這些年發展之快難以想像，從汽車銷量上就可以看出一個總體趨勢，中國大陸二十幾年前，汽車產量只是非常少的幾十萬輛，而現在的汽車產量早已經是攀升到年產兩千萬輛以上的級別了。中國大陸汽車市場的容量讓全球矚目，汽車電子行業的發展給晶片供應商和代理商帶來了巨大的商機。

其中，中國大陸的電動汽車發展更快，2016年電動汽車總銷量近290萬量，到2017 年電動汽車總銷量超過550萬輛，比2016年增長超過90% 。現在國家鼓勵發展純電動汽車，2017年純電動汽車（BEV）的銷量比2016年增長了一倍多，遠遠超過插電式混合動力汽車（PHEV）的增長幅度。安富利公司在汽車電子領域的生意規模也持續增長。

主電機驅動控制器是純電動汽車中主要的核心部件之一，安富利全球設計部門的上海實驗室正在開發電動汽車主電機驅動控制新方案，目標應用小型或緊湊型乘用車，最大輸出功率50KW。該驅動控制方案的特點是其按照了ISO26262的規範選取器件，所以可以做為ASIL-D電機控制系統的參考，也可以用於快速評估主控晶片及驅動電路等元器件。

ISO26262（Road vehicles- Functional safety）是汽車安全性國際標準，旨在提高汽車的安全性。現在大家常常聽到的功能安全就是為了防範日益增加的系統失效和隨機硬體失效的風險。ISO26262標準涵蓋了功能安全方面的需求規劃、設計、實施、集成、驗證、確認和配置等全部的開發過程。

ASIL（Automotive Safety Integrity Level 汽車安全完整性等級）是ISO26262標準根據安全風險程度對系統或組成部分劃分由A到D的安全需求等級，D級是最高等級，對安全需求的要求也最高。ASIL-D電機控制系統對硬體和軟體發展流程的要求也更高。

安富利的主電機驅動方案採用了英飛淩的IGBT功率模組，型號是HybridPACK™1 DC6，705V/400A，主控晶片採用英飛淩的AURIX™ TC275三核處理器，帶有鎖步核等安全機制，是一款ASIL-D等級的晶片。電源及系統監控管理晶片採用TLF35584，一樣也是ASIL-D等級的晶片。該方案支援不同的電機介面：旋轉變壓器，巨磁阻編碼器，光電編碼器。其中TC275支援旋變軟解碼。方案的系統框圖如下所示：

同時，安富利還為此專門投資配備了新的磁粉測功機系統，如下圖所示：
 

磁粉測功機是用於在實驗室對被試電機施加轉矩負載並吸收其功率的轉矩機，也是旋轉力矩——靜止力矩變換器。轉速感測器及轉矩感測器都安裝在測功機上，通過測功機將被試電機的轉速和轉矩轉換成脈衝信號和類比信號。

安富利的主電機驅動方案採用主控晶片TC275是英飛淩AURIX™多核單片機系列，其多核架構包含多達3顆獨立32位TriCore處理核，可滿足業界最高安全標準ASIL D。還採用了65納米嵌入式快閃記憶體技術，在苛刻的汽車應用環境裡可靠性高。AURIX™有多種通信介面，有多個PWM產生單元例如GTM，CCU6，有不同ADC模組VADC和DSADC，綜多安全機制模組例如IOM，HSM，FCE等，具有高性能浮點運算，還集成硬體除法單元。

方案中的IGBT功率模組在電動汽車電機控制中起到至關重要的作用，是電池系統與電機系統之間能源轉換的橋樑，主控晶片控制IGBT功率模組的開關，將電池存儲的直流電（DC）轉換成交流電（AC），用於車載交流電機驅動，並在車輛制動時，將動能轉化為電能，可以為電池充電。英飛淩HybridPACK™1 DC6模組專門設計用於電動汽車逆變器應用，採用與高性能陶瓷基底結合銅底板焊接技術及英飛淩增強型引線鍵合（bonding wire）工藝，使熱迴圈和功率迴圈使用壽命都得到顯著提高。

下圖所示為方案驅動與控制電路板：

安富利的電動汽車主電機驅動控制的新方案更多考慮到了未來日益增長的對功能安全的需求，著眼於ISO26262標準，從主控晶片到功率模組、電源晶片都採用了滿足ASIL-D等級的晶片，並且在實驗室建立了類比負載測試的實驗條件，看重中國後續更加規範、更加強調功能安全的廣闊電動汽車主電機驅動控制器市場。如果有興趣，可以聯繫安富利各區域辦事處，瞭解該方案詳細技術內容，願為各地客戶提供更好的服務。