处理中...

首页 > 资料大全 > 技术资料 >

专家论道:汽车电子设计两大趋势和六大方案

专家论道:汽车电子设计两大趋势和六大方案
来源:我爱方案网 时间:2012-10-30

【导读】聚焦汽车安全和绿色环保设计趋势,OmniVision、飞思卡尔、ADI、Actel、NXP、飞兆、IR等汽车半导体厂商共同讨论实现这些功能的关键设计挑战,齐分享独特观点及解决方案……

为降低能耗和减少温室气体的排放,对汽车的绿色环保设计要求日益迫切。除了利用许多传统技术使汽车更加符合环保要求外,各种汽车能源的替代形式,无论是替 代燃料(如甲醇、乙醇等)汽车,还是混合动力(油电组合)汽车(HEV)或纯电动汽车(EV),都已成为汽车厂家的先考虑设计项目。

降能耗:启停系统扬汤止沸,HEV/EV才是釜底抽薪

长期来看,汽车设计的一个关键趋势是减少能源消耗和气体排放。从节能的角度来说,现在已有不同“绿色汽车”设计,其中一些设计能让消费者以更少的预算满足他们的需要。比如,启动/停止(Start-stop)功能便是一个价钱合理的节能功能。这种功能使内燃机在汽车遇上红灯或者堵车时便会自动暂停运作。整个启动/停止功能涉及的额外成本仅为300元美金,但能节省3%到10%的燃料,效果十分显著。如果汽车在交通非常拥挤的城市中行驶,甚至可以节省高达 25%的燃料。

另一种情况是,汽车越轻,需要的燃料越少。如今一辆典型的汽车拥有多达100个电子控制模块(如ABS、ESP、自动车窗、为儿童准备的后座娱乐系统等等),所有模块都通过铜线实现相互间的通信。如果采用FlexRay以及类似技术通过单个总线系统来运行,完全摒弃铜线,则能使车体重量大幅减轻。NXP的车载网络总线产品(包括CAN/LIN总线收发器)具有更低的功耗、更好的EMC和ESD 性能,是满足这类应用需求的理想方案。

采用替代燃料的汽车和EV/HEV是汽车绿色设计的一个重要部分。与传统汽车相比,HEV的汽车动力传动系统需要更多的电气管理系统,带来了电源管理的新挑战。

“对于EV/HEV,其面临的主要设计挑战是保持电池能量密度 (每公斤封装电池质量的kW-hr容量);然后就是如何设计高效的逆变器,如何设计高效的DC/DC 转换器 以便为12V负载供电,以及如何以廉价方式制造以上器件,而且实现小的重量和尺寸。” 飞兆半导体的汽车市场高级经理Roy Davis表示。

飞兆半导体的车身电子/智能 开关 业务部总监Gary Wagner进一步解释道:“具体而言,功率技术方面存在的挑战包括:降低封装硅器件 (或其它半导体) 的成本;减少封装功率级的占位面积;减少开关器件的损耗;提高散热性能并同时提高硅器件 (或其它半导体) 和封装的工作温度,以及使用更新的开关技术和功率电路拓扑。”

解决这些设计难题需要轻量封装材料、创新的紧凑型散热方案、高效功率开关器件和控制技术,以及改进磁性材料在电感和变压器中的使用,使得这些器件更小、也更轻。飞兆半导体的模块和FANxxxx系列器件,以及能够转换至汽车应用而有助于降低能耗的任何PWM控制器都被用来解决这些挑战。

HEV 设计的另一个关键问题是高电压。“由于轻度、全面及插电式HEV需要600V到1,200V之间的高电压电子系统,这令设计更具挑战性。必须根据汽车的种类、大小和用途,在10kW到超过100kW的范围去驱动引擎。HEV的高电压架构还要部署额外的周边系统以及能源和电池管理单元。” 国际整流器公司 (下文简称IR) 汽车产品副总裁及总经理Henning M. Hauenstein博士表示。

除此之外,还须要把电动动力系统和其他新式电子系统集成到新的HEV汽车架构内,新式电子系统包括能实现12V和高电压电源网之间能源传送的DC/DC转换器,以及空调、动力转向系统等众多电子驱动系统。Hauenstein博士指出:“这是一个很大的挑战,因为以前汽车电子系统都习惯在12V电池环境下工作,但现在要面对高电压电子带来的对设备和生命安全的威胁,必须要把这些危险的电子系统安全地隔离。”

IR 能为一部现代化HEV中的几乎所有功率管理应用提供全面芯片组解决方案,包括高电压驱动器IC、智能功率IC、智能开关、MOSFET以及适用于低、中和高达1,200V的高电压IGBT开关。该公司近推出了无键合线汽车用DirectFET产品线。这种革命性的MOSFET封装新概念,不但为 DC/DC转换器和电池管理系统的设计带来非常低的RDS(ON),还同时免除了键合线,使快速开关状况下的寄生电感基本上为零。

由此可见,虽然当前HEV面临的主要设计挑战还在于电池本身的技术,包括目前款锂离子电在内的电池,都存在技术限制和缺点,但汽车半导体厂商推出的电池管理和功率解决方案,正促进电池不断完善,以延长电池的寿命并降低成本、体积和重量。