在動力總成電氣化的各種變化中，輕型混合動力（MHEV）市場預計將在未來以高速率增長，因為48V電源網絡的實施將具有顯著的成本效益。另一方面，增加的48V電源網絡也要求對其ECU設計和安裝在其上的半導體有新的要求。主要要求為12V和48V電源的共存，并且需要證明它們在各自的電源網內以及相互之間的電源網之間正常工作。瑞薩開發了概念驗證板（PoC），以識別和驗證這些系統級要求。我們已經開始開發符合VDA320，ISO21780和ISO16750標準的用于評估和新IP驗證的測試芯片。這些評估的結果將應用于目前計劃中的48V柵極驅動器單元（GDU）系列產品的開發。

MHEV市場與應用

動力總成的電氣化對于實現日益嚴格的CO2排放指標至關重要。xEV分為幾種類型，包括電動汽車（BEV），插電式混合動力汽車（PHEV），全混合動力電動汽車（FHEV）和輕度混合動力電動汽車（MHEV）。

從電氣化的發展方式來看，MHEV具有很高的增長率。Strategy Analytics預計，MHEV從2018年到2025年的復合年增長率為32％。MHEV市場將首先在歐洲和中國占主導地位，其次是美國。預計到2025年，將增長至歐洲350萬輛、中國240萬輛和美國230萬輛。

MHEV配備了額外的小型電動機，可以低成本并且便捷的集成在現有ICE（內燃機）上。大多數MHEV采用48V系統。在48V系統中已經實現了諸如BSG / ISG和輔助應用等12V應用，并且在可預見的將來，更多的12V應用將移植到48V系統中。圖2顯示包含牽引電動機、發動機、輔助應用等在內的48V MHEV和48V電動機控制應用，預計將會持續增長至2030年。輔助應用的份額將約為45％，其中包括有油泵，水泵，壓縮機，渦輪增壓器等。

48V系統的優點

48V系統的主要優點是它能夠存儲在各種駕駛情況下（例如制動和慣性駕駛）損失的能量，并使用該能量來獲取動力（例如負載驅動）。這種所謂的再生能源可節省約10％至15％的燃料，并減少CO2排放。通過將這種再生能源存儲在48V電池中，可以獲得減少負載電流的派生優勢，有助于降低功率損耗，減輕線束的重量和成本，并提高效率。

新要求和挑戰

引入48V系統（稱為48V電源網）要求符合12V / 48V電源網組合的多個標準，如VDA320、ISO21780、ISO16750、LV148等。這些標準化活動主要由歐洲OEM和Tier1領導。為保證12V板網和48V板網共存，需滿足一些特殊要求，除了抗高壓能力外，還需要在12V和48V電源上實現域間隔離。

當前，與48V電源系統兼容的半導體組件的數量有限，因此有必要使用許多分立組件才能在48V ECU中實現所有必需的功能。例如，用于48V輔助應用的現有解決方案由或多或少的分立組件組成，從而導致非常高的BOM成本。

瑞薩解決方案

瑞薩開發了48V測試環境，這是一個針對48V輔助應用（尤其是48V電機控制應用）的PoC解決方案。它考慮了可配置的12V / 48V域隔離，如雙電源、感應、監視/診斷功能等必要功能。主要目標是確定48V半導體組件的系統級要求以及遵循VDA320，ISO21780和ISO16750等標準時面臨的主要挑戰。

在PoC板中配備了以下幾款瑞薩的汽車芯片產品和其他組件：

RH850/C1M-A2: 專門用于EV / HEV應用的32位微控制器

RH850微控制器的電源管理IC RAA270000RAA270000

半橋驅動器ISL78434

100V ANM2功率MosFET RBA250N10

電感式Sin / Cos高速旋轉位置傳感器IPS2550

單路輸出降壓控制器

用于電源轉換的隔離式PWM控制器ISL78215

此PoC解決方案的主要目的是確定48V系統的半導體組件的系統級要求，并確定在滿足測試標準（例如VDA320，ISO21780和ISO16750）方面面臨的挑戰。瑞薩已經基于這些標準構建了48V測試環境，并且已經開始進行評估，評估結果和獲得的問題對于開發測試芯片也很有幫助。

預計將在各種輔助應用中部署48V系統，但考慮到支持它們的半導體組件數量有限，同時引入48V電源網絡時會出現各種技術問題。瑞薩目前正在為48V系統開發新的柵極驅動器產品系列。在這些產品系列中，電機控制系統所需的功能將集成到IC中，并且將列出所有帶或不帶電流隔離的衍生產品具有成本效益和創新性的隔離概念有助于符合VDA320，ISO21780和IS016750。

另外，通過整合電動機控制所需的功能，簡化了組件安裝，可望減少BOM成本和PCB空間，并且可通過將ECU集成在電動機殼體內來使系統小型化。可以將強化的監視，保護和診斷功能集成到柵極驅動器中，以提高功能安全級別。另外，通過以模塊化的方式將功能集成到柵極驅動器中，可以將每個柵極驅動器作為針對每種應用的優化解決方案來提供，從而縮短了客戶進入市場的TAT。

瑞薩計劃將PoC解決方案中現有的柵極驅動器替換為正在開發的48V柵極驅動器產品，并在將來與演示軟件一起將其作為48V輔助應用的參考設計。作為一種“easy to use”的解決方案，我們相信我們可以為客戶在縮短新ECU設計時的開發周期上做出貢獻。感謝您的關注。

原文標題：工程師說 | 瑞薩適用于新能源汽車系統的解決方案

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責任編輯：haq