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环保与安全并重,ADI赋能汽车电动化与智能化完美融合

作者:时间:2018-10-23来源:电子产品世界收藏

  以电动汽车为代表的新能源汽车因为更贴合“青山绿水就是金山银山”的可持续发展理念,受到了从”庙堂到江湖”的普遍欢迎。进入2018年,抑制燃油汽车的“双积分”政策和鼓励新能源汽车发展的补贴政策继续推进,萝卜大棒齐挥之下,车厂、Tier 1更追求符合政策预期的长续航、低能耗的新能源汽车,以期通过技术优势与资金优势、市场优势并重,优化产业结构,助力市场更快增长,达到2020年产量超200万辆的发展规划目标。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201810/393233.htm

  在这波席卷中国汽车业的绿色浪潮中,全球领先的高性能模拟芯片大厂基于长期积累的汽车电气化广泛经验,通过提供更低排放、更高效率、更高可靠性和安全性的解决方案,让电池管理、动力总成和信息娱乐等系统保持高性能的同时变得更小、更轻、更可靠,推动更环保高效的未来汽车早日落地。


  图1:让未来汽车更环保、更高效。

  监控+隔离:电池安全管理的两大守护神

  动力电池因为高能量密度特性成为新能源车辆的主要动力源,占整车成本比重较高,在纯电动汽车中高达40%,是新能源汽车“三电”核心关键技术之一。BMS(电池管理系统)技术通过对动力电池的热管理,启停电池冷却系统,管理单体电池之间的均衡,防止单体电池过充过放产生危险,并监测整体电池的健康状态,从而提高电池组效率、延长寿命并确保安全性,已成为新能源汽车提升续航里程、降低整车成本的重要设计考虑点。

  由于锂电池在混合动力汽车和纯电动汽车领域的出色电能和功率特性,汽车行业目前普遍选用锂电池解决方案。动力锂离子电池组包含大量的电池单元,工作电压和电流很高,必须正确监控且对强弱电信号进行隔离,才能提高电池效率、延长电池寿命,同时确保电池组的安全性。


  图2:针对汽车能量管理的完整解决方案。

  ADI第四代锂电池主监控IC产品,能够对12个通道的电压和温度进行监测(未来产品提供更灵活的通道数),极限精度优于1.2 mV;可采用菊花链连接;提供业界最快的转换速度和最佳数据保护;可在290μs内检测12个通道的数据;并提供被动式电池单元平衡控制功能。而专为汽车应用优化的数字隔离器iCoupler®,具有高速率下最低功耗性能的同时,还具有封装尺寸小、通道选项多的优势,所需组件量和占用电路板面积都最小。isoPower®是 ADI 独特的集成电源数字隔离器解决方案,它提供隔离电源和多通道数字隔离功能;与分立式DC至DC隔离器加数字隔离器的方案相比,isoPower的成本更低、占用面积更小。

  基于产品、iCoupler®和isoPower®技术的ADI最新一代锂电池BMS解决方案,具备高精度监控功能,在苛刻的环境下能够保持良好的性能,提供可靠、安全的电量管理,并能有效降低系统的整体成本。


  图3:ADI高性能监控IC+隔离方案,安全可靠的守护神。

  48V轻混:严政下的过渡期优选

  日益复杂的车载电子功率增加引起的电流增加,伴随着更粗的电缆提供更大电流能力的需求,由此将带来车内空间不足、重量增加导致能效降低的难题。在越来越严格的能耗和排放要求双重压力下,系统成本较低、节油效果相对明显、对现有整车结构改变不大的48V轻混系统广受业界青睐,因此相当一段时间内,48V和12V系统将共存。

  ADI双向两相同步降压或升压型控制器LTC3871,通过允许把相同的外部功率组件用于降压和升压目的,将新的性能水平、控制和简化电路带给了48V/12V双电池DC/DC汽车系统;并可对多达12相实施并联以满足高电流大功率(3KW-10KW)应用的需要。当起动汽车或需要额外的功率时,LTC3871允许两个电池同时为同一个负载提供电能。48V电池将在提高可用能量上发挥核心作用,同时还可减少线束重量和损耗。这种额外的能量为采用新技术铺平了道路,从而可使汽车的安全性和效率得以提升,同时降低了其 CO2 排放量。




  图4:ADI针对48V/12V双电池应用的双向多相同步降压/升压控制器方案。

  针对自动驾驶汽车冗余电池系统应用,ADI最新推出效率高达 98% 的双向降压-升压型开关稳压控制器LT8708/-1,利用一个输入电压供电运行,该输入电压可以高于、低于或等于输出电压,十分适合两个各为 12V、24V 或 48V 的电池 以及48V/12V和48V/24V双电池系统。该器件采用单个电感器在 2.8V 至 80V 的输入电压范围内工作,并能产生 1.3V 至 80V 的输出电压,提供高达kW级的功率,简化了需要在正向或反向调节VOUT、VIN和/或IOUT、IIN的电池/电容器备份系统中的双向电源转换。


  图5:效率最高达98%的LT8708/-1可在 48V/12V 和 48V/24V双电池系统中使用。

  事实上,ADI还有很多其他的创新电源解决方案也适用于新能源汽车的电源管理和powertrain设计进行创新升级,如超低噪声(电磁干扰)、更优的主动均衡和能量优化(安全驾驶更长距离)、超强浪涌和高压保护等。这些技术特性让汽车相关电源系统实现高能效的同时还优化了EMC和PCB空间,提高安全可靠性,最大限度满足了自动驾驶和新能源汽车系统性能和安全性要求。

  线控技术:澎湃动力瞬息掌控

  线控系统是未来自动驾驶汽车的标配。从技术角度来看,相较于原有底盘系统的刚性连接,线控系统布置更加柔性化,可以降低底盘设计和布局难度,不需要调整其他部件位置,有利于实现模块化底盘设计。针对自动驾驶的线控方案,ADI与国际领先的磁阻供应商合作,将自身擅长的信号调理、接口等模拟器件技术与磁阻传感器相结合,推出了业界领先、高性价比、安全性更优的用于检测速度、角度和位置的的磁阻方案(xMR),可用于线控刹车、线控方向盘等高精度线控马达驱动系统。


  图6:ADI高精度马达控制检测方案。

  以广受市场欢迎的ADI磁阻传感器芯片ADA4571为例,可在广泛的电机应用中实现直接、非接触式和无磨损的角度测量,适用于包括电动辅助转向、制动、主动式悬架、稳定性控制等汽车系统。借助集成式AMR和精密信号调理技术,ADA4571可以不受寿命、高温或机械应力导致的磁体漂移的影响,在恶劣环境下也可实现高精度读数;借助高精度位置反馈信息,则可提高电机换向效能,改进对扭矩和速率性能的控制,在低转速应用中尤其如此;更加完善的扭矩控制能力,有利于提高电机效率,减少排放和散热,并能延长电机寿命。尤其值得一提的是,ADA4571可以承受的磁场强度没有上限,可以达到很高的信噪比。

  在旋变数字转换器(RDC)市场,ADI同样拥有广泛的产品组合和悠久的历史。AD2S1205和AD2S1210能够处理高达3,125 RPS的跟踪速率,精度可以达到±2.5弧分。AD2S1205是12位RDC,AD2S1210的10/12/14/16位分辨率可由用户设置。芯片具有差分输入和增量式编码器输出,以及可编程故障检测阈值。它们可在变速箱、EPS和HEV/EV电机中用于电机轴角度和速度的精确测量。

  电动化与智能化如何完美结合?

  随着用户对信息娱乐、主被动防护、辅助驾驶甚至自动驾驶的需求,汽车集成了越来越多的屏幕、电子设备和软件系统,变得越来越智能。对于从业者而言,相较于传统燃油车,以“三电”系统为核心的新能源汽车天然就是实现智能化的最佳载体,而智能化潮流配置也成为新能源汽车另一大核心竞争力。

  有研究数据显示,纯电动汽车的单车半导体用量高达719美元,是传统燃油汽车的2倍有余。未来,智能化程度也会因消费者更易感知而成为新能源汽车另一大核心竞争力,作为一名自1993年就为安全气囊提供MEMS加速度传感器的汽车行业老兵,ADI的系列高性能产品以及多年来深入行业积累的经验将助力客户把握智能化脉搏,制胜未来。


  图7:电动汽车半导体含量大幅提升(资料来源:Strategy Analytics)。

  雷达、激光雷达和惯性单元是自动驾驶安全的关键技术铁三角。ADI的雷达技术覆盖24GHz和76-81GHz完整频段,在现今开发的所有雷达模块中占到50%。在测距能力更强、分辨率更高的激光雷达技术上,ADI收购了Vescent加大纯固态激光雷达技术投入,志在以系统级最优的性能和最低的成本,促进激光雷达系统在自动驾驶中的普及应用。经过独特开发的 ADI iSensor IMU技术产品组合具有战术级稳定性和超低噪声,可提供高达十个运动自由度,并且全都经过全面的工厂校准和优化的嵌入式传感器调节。ADI针对汽车应用场景从战术级降维至车规级开发的IMU,堪称业界最强方案。作为百度Apollo的重要合作伙伴,ADI公司的惯性测量单元被用于做全球首款L4级量产自动驾驶巴士阿波龙的惯性导航。

  ADI基于28nm CMOS技术,融合业界领先的毫米波雷达、激光雷达和IMU等产品组合构建的Drive360TM技术平台,能可靠地检测形状更小、移动速度更快、距离更远的物体,在自动驾驶汽车周围打造一道360度保护屏障,全方位保护汽车和乘员安全。


  图8:ADI让自动驾驶更安全。

  如上所述,激光雷达、毫米波雷达、相关惯性测量单元是未来自动驾驶非常核心和关键的平台。由于雷达和激光雷达的精度和性能、稳定性非常重要,所以针对雷达、射频、高频应用,ADI推出了全球噪声最低的几款电源:如LT3042、LT3045,噪声只有0.8微伏,与电池差不多。配套这样创新电源技术,使得ADI能够为自动驾驶汽车提供更好的性能和可靠性。


  图9:具有超低噪声、超高PSRR的ADI LDO是77/79GHz汽车雷达应用的理想之选。

  在智能座舱领域,ADI也拥有非常丰富且广受认可的产品线:成功与全球90%的汽车制造商合作的音频总线 A2B技术,支持主动降噪ANC,车内通话ICC,回声消除和降噪ECNR等高级音频算法,同时显著减轻现有电缆线束的重量(在主要应用中减轻75%以上);专用的车载视频和摄像头总线技术C2B,可在最低成本基础设施中提供低延迟高清质量视频,且对外界辐射小,抗外界干扰能力强,对可靠性等有更高的帮助,是ADI推荐的下一代视频总线;先进的人机交互(HMI)和驾驶(员)状态检测先进技术方案,其中采用业界领先的车规级VGA分辨率ToF技术的3D人脸识别具有抗强光、高分辨率的特点,可实现人脸识别和复杂的手势识别。

  坚定看好中国安全、智能的新能源汽车发展前景,ADI将继续坚持“生态圈合作共赢”的理念,深度参与合作伙伴产品早期定义阶段,通过持续提供面向自动驾驶、动力总成/电机驱动、电源管理、座舱信息娱乐系统、MEMS安全等高性能、低成本、差异化的系统级解决方案,助力车厂、Tier 1向中国消费者交付更高效环保、安全可靠的产品,为中国新能源汽车市场稳步高增长保驾护航。



关键词: ADI LTC6811

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