近年來，為應(yīng)對氣候變化問題，減少溫室氣體排放的協(xié)同效應(yīng)，各國政府在汽車尾氣排放上相繼出臺了一定的指標(biāo)。據(jù)美國國家公路交通安全管理局統(tǒng)計(jì)，平均燃油經(jīng)濟(jì)性到2026年達(dá)40.4英里/每加侖燃油；在巴黎聯(lián)合國氣候變化大會上提出，到2030年溫室氣體排放量將比1990年減少40%。排放法規(guī)的日益嚴(yán)苛一方面促使了新能源市場的大火，另一方面?zhèn)鹘y(tǒng)燃油車也逐步向混動(dòng)方向發(fā)展。
汽車電氣化已然成為不可逆轉(zhuǎn)的趨勢。“在這樣的背景下，汽車制造商有兩條路可以走：一是純電動(dòng)汽車化，用一個(gè)高壓電池來進(jìn)行電動(dòng)車制造；二是采用輕混電動(dòng)車（MHEV，Mild Hybrid Electronic Vehicle），MHEV使用48V的系統(tǒng)，只需在現(xiàn)有架構(gòu)上加上一個(gè)48V電池和一個(gè)48V電機(jī)，就能將內(nèi)燃機(jī)的溫室氣體排放量減少13%~22%。” 德州儀器 (TI) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)器業(yè)務(wù)部門總經(jīng)理Kannan Soundarapandian指出。
在汽車電氣化趨勢下，輕混電動(dòng)車參與其中，并且是比較重要的部分。TI認(rèn)為輕混電動(dòng)車將會占據(jù)很大的份額，不僅有很大的市場空間，也有很大的市場優(yōu)勢，能夠達(dá)到各國需要滿足的溫室氣體排放降低的要求。
對此，TI日前推出了一款高度集成的0級無刷直流(BLDC)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器DRV3255-Q1，適用于48V大功率電機(jī)控制系統(tǒng)，如MHEV的牽引逆變器和起動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)。
MHEV電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求
據(jù)Kannan介紹，想要實(shí)現(xiàn)汽車電氣化，對電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)就有以下要求：
一、小尺寸。因?yàn)殡娐钒宓目臻g是有限的，小尺寸能夠集合更多的器件在電路板上，為系統(tǒng)提供了很好的實(shí)現(xiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的需求。
二、功能安全性上，能夠幫助客戶方便地達(dá)到系統(tǒng)的功能安全性ASIL-D等級，即業(yè)內(nèi)最高的等級，也是根據(jù)ISO26262所做出的要求而設(shè)計(jì)的。
三、支持大功率應(yīng)用。能夠幫助客戶驅(qū)動(dòng)30kW左右的功率電機(jī)，一個(gè)很小的電路板空間能夠驅(qū)動(dòng)很高功率的器件，幫助更好地實(shí)現(xiàn)電氣化。
四、對惡劣的條件要有很強(qiáng)的耐受性，在高溫或高壓的環(huán)境下有很好的耐受性。這個(gè)器件是以0級的要求去做的品質(zhì)檢查。
TI相信，這四點(diǎn)能夠幫助客戶在設(shè)計(jì)48V電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用上面帶來很大的幫助，TI遵循這些要求設(shè)計(jì)的48V電機(jī)產(chǎn)品在集成度、功能安全性、功率和穩(wěn)定性上都表現(xiàn)出色。
通常電機(jī)能夠放在P0-P5這5個(gè)地方，大部分現(xiàn)有產(chǎn)品都是和內(nèi)燃機(jī)放在一起，稱為P0架構(gòu)。隨著電機(jī)功率越做越大，其能夠放到其他傳動(dòng)系統(tǒng)位置上，更好地提供動(dòng)力需求，TI此次發(fā)布的這個(gè)方案適用于48V P0和P2電機(jī)。
更小的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
如今市面上看到的48V電機(jī)架構(gòu)集成度不高，電路板上有很多不同器件的需求，包括電阻、二極管等，還有保護(hù)邏輯（ASC主動(dòng)短路保護(hù)機(jī)制和邏輯）。由于是三相電機(jī)，要重復(fù)三套這樣的器件，器件的數(shù)量就會很多。
48V電機(jī)驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)常見架構(gòu)
TI高度集成的DRV3255-Q1則可以去掉那三組不同的器件，精簡到只需兩個(gè)電阻來實(shí)現(xiàn)。
簡化的DRV3255-Q1電機(jī)驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)
DRV3255-Q1是一款先進(jìn)的三相48V BLDC電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，集成了高側(cè)和低側(cè)主動(dòng)短路邏輯，從而省去了外部晶體管和控制邏輯。與現(xiàn)有的三相48V BLDC無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)相比，DRV3255-Q1能夠幫助客戶減少多達(dá)30%的電路板空間。
這款全新的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器通過集成主動(dòng)短路邏輯和動(dòng)態(tài)故障響應(yīng)，不僅幫助設(shè)計(jì)人員簡化了設(shè)計(jì)，還可以提供高達(dá)30kW的電機(jī)功率，同時(shí)縮小48V電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的布板空間并降低物料清單成本。這樣的設(shè)計(jì)能夠幫助在有限的內(nèi)燃機(jī)空間里與這個(gè)電機(jī)系統(tǒng)并存。
關(guān)于DRV3255-Q1這顆芯片的優(yōu)勢，Kannan總結(jié)了六大點(diǎn)：
一、集成高側(cè)和低側(cè)的有源電路邏輯，并且是業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的三相無刷驅(qū)動(dòng)器。
二、提供大功率驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)功率能夠高達(dá)30kW，甚至能夠滿足驅(qū)動(dòng)一些重型車輛的需求。
三、芯片中集成了有很好的保護(hù)機(jī)制，能保護(hù)48V動(dòng)力總成系統(tǒng)免受高達(dá)95V惡劣開關(guān)瞬態(tài)電壓的影響。
四、內(nèi)部有高度集成，提供了小尺寸解決方案，能減少12-24個(gè)無源器件。
五、根據(jù)ISO26262標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，能夠幫助客戶容易實(shí)現(xiàn)ASIL-D等級的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
六、符合AECQ-100 0級標(biāo)準(zhǔn)，具有很廣泛的工作溫度范圍，能在-40℃~150℃的環(huán)境下應(yīng)用。
常見應(yīng)用
DRV3255-Q1最常見的應(yīng)用場景是48V電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。在整體系統(tǒng)上，電路板的空間非常小，想將它放入電機(jī)里，需要比較小的電路板做設(shè)計(jì)。
除了最常見的應(yīng)用以外，TI預(yù)計(jì)未來會有諸如電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向應(yīng)用運(yùn)用48V系統(tǒng)?！盁o人駕駛系統(tǒng)需要確保智能和安全，因此需要高度的冗余。想要確保系統(tǒng)冗余，起碼要兩個(gè)同時(shí)運(yùn)行的系統(tǒng)并存。此時(shí)，如果純粹以12V的單相電源來供電，負(fù)荷會有一定的限制，不能做到很高的重復(fù)使用。如果在這個(gè)系統(tǒng)上一個(gè)系統(tǒng)用48V，另外一個(gè)系統(tǒng)用12V，那么冗余度就非常高，而且能確保系統(tǒng)正常運(yùn)行的機(jī)會較用單一電源會更高?！?Kannan分析道。
考慮到功能安全性，DRV3255-Q1的設(shè)計(jì)采用了德州儀器經(jīng)認(rèn)證的功能安全硬件開發(fā)流程，并包含內(nèi)置的安全機(jī)制和文檔（如故障模式、影響和診斷分析以及功能安全手冊）。除針對器件內(nèi)部故障模式的安全機(jī)制外，數(shù)字輸入/輸出引腳還可以承受75V的絕對最大額定值，保護(hù)DRV3255-Q1免受外部12V電源過壓的影響。
汽車電氣化趨勢下，48V輕混在里程和環(huán)境問題上有一定優(yōu)勢，不失為過渡階段的一個(gè)好選擇。TI在集成度上提供了很大的優(yōu)勢，同時(shí)提供了很好的環(huán)境偵測功能，能夠把一些偵測到的資訊很方便地從驅(qū)動(dòng)器轉(zhuǎn)到處理器上，更好地幫助客戶建立小型化的48V電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。此外，產(chǎn)品創(chuàng)新、系統(tǒng)級專業(yè)知識、保障持續(xù)供應(yīng)也是TI的一直以來的優(yōu)勢所在，Kannan總結(jié)道：“TI有很好的供應(yīng)鏈，全球有14個(gè)生產(chǎn)基地，也擁有自己的工藝和封裝制程，能夠保質(zhì)保量，而且都能夠按時(shí)交付?？蛻襞c我們合作，就有很好的質(zhì)量保證以及在交付期上的保證。我們的產(chǎn)品和系統(tǒng)級專業(yè)知識可以幫客戶解決復(fù)雜的設(shè)計(jì)難題，助力加速電動(dòng)、智聯(lián)和自動(dòng)化汽車設(shè)計(jì)、量產(chǎn)?！?/p>