大湾区集成电路研究院与意法半导体联合推出汽车级芯片应用解决方案(二)48V逆变器参考设计

作者:GIICS 发布日期:2021-04-09 阅读量:430

48V电驱动总成是当前几种电驱动总成中投入成本最低,对整车的改动也是最小的,第一代P0的节油率在7%-12%,各大一级供应商正在开发的第二代的节油率预计将超过20%,经济性将更加可观,性价比也更高。按照《新能源汽车产业发展规划(2021-2035)》的预期,搭载48V系统的混动车将会有很大的增长空间。

为方便客户快速开发,意法半导体(以下简称为ST)联合第三方合作伙伴——大湾区集成电路与系统应用研究院(以下简称为GIICS),开发了48V逆变器参考设计。ST与GIICS的48逆变器参考设计是基于ST的汽车级芯片的应用解决方案,包含了MCU(SPC58NN),SBC(L9396),Pre-Driver(L9908),模拟芯片以及逻辑保护芯片等。

▲ 系统框图


ST与GIICS合作开发的主驱逆变器的控制部分主要由MCU(SPC58NN)和SBC(L9396)组成,并且采用了磁位置传感器的软件解码进行电机转子位置实时检测。

▲ MCU及SBC在控制板上


MCU SPC58NN:

● 三核@200MHz(两对锁步核)满足ISO26262功能安全系统的需求

● GTM344满足FOC控制需求

● SARDADC支持高精度高速采样,满足电流,电压,温度模拟量采样的需求

● SDADC支持差分采样,满足旋转变压器软件解码功能的需求

● Flash 6MB,满足整车OTA功能需求

● 可配置的功能安全模块(Lockstep, ECC, CMU, FCCU, MEMU, LBIST, MBIST…)节省了开发safety lib的时间和金钱

● 8路 SPI,8个CANFD,1路100MB以太网


SBC L9396:

● 电源管理:1路boost,1路buck,1路LDO 5V,1路LDO可配置5V/3.3V,2路对板外供电线性稳压器

● 问答式看门狗

● PWM看门狗配合SPC58NN的FCCU out

● Fail Safe Negative 输出功能

● Fault Out 输出功能

● 可配置故障状态下的Reset输出功能

● Fail Safe 驱动

● 故障诊断寄存器

● 支持ASIL D应用


功率模块预驱芯片为L9908,内部集成2个电荷泵,输入电压可以低至4.5V,可以驱动3相桥臂的6个开关管,具备强大的灌电流和拉电流能力,具有对各电压轨的过压、欠压检测,直通检测和保护,死区时间检测和保护,开路故障检测、短路到地和电源故障检测,芯片结温的检测和过温保护,用户可以灵活地对相关参数进行配置。

▲ 预驱芯片在驱动板上

Pre-driver L9908:

● 具备2.2A拉电流和灌电流驱动能力

● 输入电压4.5V-75V

● 3相桥臂上下6开关管驱动

● 0-100%占空比可调

● 集成3路电流AD采样

● 32bit-10MHz的SPI实时通讯

● 两个安全关断路径Pin

● 集成过压、欠压、死区、直通、开路、短路到地和电源、过温保护

● 支持功能安全ASIL D


GIICS开发的48V逆变器可以驱动控制6相电机,最大输出功率可达24kW,满足P0、P2、P3、P4应用。解决方案基于AUTOSAR架构开发,满足功能安全ASIL C,同时使用基于TMR的软解码技术进一步降低成本,使用结温估计技术对功率器件芯片进行更加有效的保护。

▲ 台架实验区

▲ 48V逆变器结构外形

GIICS可根据合作模式为客户提供如下交付物:


系统软硬件设计

● 系统架构

● 需求分析

● 硬件原理图

● PCB, BOM

● Autosar底层软件

● Autosar复杂驱动

● MCAL


系统测试报告

● 双脉冲测试数据与报告

● 台架测试数据与报告


功能安全ASIL C套件

● 功能安全概念与需求

● 技术安全概念与需求

● 软件安全需求/硬件安全需求

● 安全分析FTA/FMEA/FMEDA/DFA

● 功能安全L2&L3设计参考


除此之外,ST与GIICS还可为客户提供灵活的可定制化的48V电机控制器。如果希望了解更多48V电机控制器相关信息及系统设计详情,请联系ST NEV应用第三方合作伙伴GIICS技术经理:

卢经理:lumiao@giics.com.cn

(内容来源:意法半导体)


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