安森美汽車(chē)技術(shù)及車(chē)身和動(dòng)力系統(tǒng)解決方案

隨著人們對(duì)汽車(chē)舒適性等方面要求的提高，車(chē)身電子控制和動(dòng)力性的重要性日益突顯，越來(lái)越多的汽車(chē)開(kāi)始裝備高性能的車(chē)身控制系統(tǒng)和先進(jìn)的管理系統(tǒng)。這類(lèi)系統(tǒng)的增加和升級(jí)為半導(dǎo)體器件的應(yīng)用開(kāi)辟了巨大的空間。

但是，面對(duì)環(huán)保和豐富消費(fèi)者體驗(yàn)的需求，以及汽車(chē)器件的最嚴(yán)格規(guī)范，制造商一方面要在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造等方面更加注重可靠性指標(biāo)的認(rèn)證，另一方面也要保證產(chǎn)品在提供更高性能的同時(shí)，符合環(huán)保節(jié)能方面的要求。本文將結(jié)合安森美半導(dǎo)體的汽車(chē)技術(shù)專(zhuān)長(zhǎng)，談?wù)勂?chē)車(chē)身及動(dòng)力系統(tǒng)解決方案所采用的各種器件。

先進(jìn)的汽車(chē)工藝技術(shù)

汽車(chē)電子設(shè)備的增加使汽車(chē)的各個(gè)部分都無(wú)法避免寄生信號(hào)，甚至可能出現(xiàn)80 VV的峰值，汽車(chē)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)必須考慮到這一點(diǎn)。用于汽車(chē)的模塊和組件需要能夠承受這種峰值并保證實(shí)現(xiàn)應(yīng)有的功能。安森美半導(dǎo)體利用成熟的汽車(chē)技術(shù)能力，開(kāi)發(fā)了一套專(zhuān)門(mén)的高電壓汽車(chē)電源技術(shù)，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的高電壓系統(tǒng)級(jí)芯片(SoC)解決方案，滿(mǎn)足最大電壓和數(shù)字門(mén)集成的要求。

同時(shí)，汽車(chē)中越來(lái)越多的電子含量對(duì)電磁兼容性的要求越來(lái)越高，汽車(chē)制造商也制定了相應(yīng)的性能標(biāo)準(zhǔn)，旨在使車(chē)載網(wǎng)絡(luò)(IVN)應(yīng)用擁有更高的抗ESD脈沖和抗EMI能力。安森美半導(dǎo)體利用創(chuàng)新的I3T50/I3T80技術(shù)提供最佳的一流器件，通過(guò)深溝槽隔離等工藝既實(shí)現(xiàn)了先進(jìn)功能，又保證了可靠設(shè)計(jì)，降低了芯片上不同單元(cell)結(jié)構(gòu)之間的干擾。

安森美半導(dǎo)體的一系列技術(shù)允許使用高達(dá)100V的電源，有利于元件的集成——包括嵌入式微處理器內(nèi)核。安森美半導(dǎo)體的汽車(chē)ASIC和專(zhuān)用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品(ASSP)解決方案廣泛用于動(dòng)力總成(包括環(huán)境溫度≥150℃的高溫應(yīng)用)、安全、車(chē)身、儀表板、IVN、傳感器和驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用。

安森美半導(dǎo)體是汽車(chē)MOSFET市場(chǎng)的主要供應(yīng)商。除了平面MOSFET產(chǎn)品系列，該公司還提供40 V和60 V溝槽MOSFET。溝槽技術(shù)是為低Rds((on))開(kāi)關(guān)應(yīng)用優(yōu)化的，與平面技術(shù)相比，更適用于線性操作模式。

安森美半導(dǎo)體車(chē)身及便利應(yīng)用解決方案

車(chē)身電子及便利應(yīng)用包括氣候控制、智能接線盒、前照燈調(diào)節(jié)與電源控制、雨刷和光傳感、后視鏡控制、座椅位置/加熱/冷卻、車(chē)門(mén)模塊、方向盤(pán)傳感器等。

這里以車(chē)身暖通空調(diào)((HVAC)的控制、通信和電源，以及直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器為例介紹。

1. 車(chē)身HVAC的控制、通信和電源

HVAC包括多個(gè)子系統(tǒng)：其一是汽車(chē)加熱及通風(fēng)系統(tǒng)，從外部管道吸入清新空氣進(jìn)入車(chē)廂；進(jìn)入的空氣可以通過(guò)連接引擎冷卻系統(tǒng)的小型發(fā)熱芯來(lái)加熱。其用途是提高乘客的舒適和安全度。其二是空調(diào)制冷系統(tǒng)，將車(chē)內(nèi)熱量轉(zhuǎn)移到不斷循環(huán)的蒸發(fā)和冷凝的外部空氣中，降低空氣的溫度和濕度。其三是控制頭，即帶有用戶(hù)界面的ECU((電子控制單元)。

圖1是HVAC的框圖，圖中綠色的部分都會(huì)用到安森美半導(dǎo)體的各種器件。這些器件包括用于I/O保護(hù)的二極管和整流器；用于收發(fā)器或SBC的接口；用于電機(jī)預(yù)驅(qū)動(dòng)器(BLDC、BDC)的IGBT/FET和MOSFET；用于步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的負(fù)載/繼電器驅(qū)動(dòng)器及接口；用于控制面板的雙極晶體管/數(shù)字晶體管(BRT)、接口、模擬開(kāi)關(guān)、標(biāo)準(zhǔn)邏輯、多路轉(zhuǎn)換器；用于信號(hào)調(diào)理的放大器和比較器、運(yùn)算放大器；用于高端驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)器、負(fù)載/繼電器驅(qū)動(dòng)器、IGBT/FET和MOSFET；用于電源保護(hù)的二極管和整流器、小信號(hào)開(kāi)關(guān)二極管、齊納二極管、肖特基二極管；用于穩(wěn)壓(線性、開(kāi)關(guān))的接口、直流-直流(DC-DC)控制器、轉(zhuǎn)換器和穩(wěn)壓器、控制器、線性穩(wěn)壓器；用于監(jiān)控的DC-DC控制器、轉(zhuǎn)換器和穩(wěn)壓器；以及用于低端驅(qū)動(dòng)器的負(fù)載/繼電器驅(qū)動(dòng)器、IGBT/FET和MOSFET。

2. 車(chē)身HVAC直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器

目前，最流行的翼板執(zhí)行器(flap actuator)是將位置信號(hào)反饋給微控制器的簡(jiǎn)單的直流電機(jī)。為了控制直流電機(jī)的正向和反向，必須使用全橋配置的兩個(gè)高端功率級(jí)和兩個(gè)低端功率級(jí)。通常，這些驅(qū)動(dòng)器集成了所需的功能，如過(guò)壓、過(guò)載和過(guò)溫保護(hù)。此外，SPI接口可以為微控制器提供診斷功能。

集成的脈沖計(jì)數(shù)技術(shù)結(jié)合額外的信號(hào)調(diào)節(jié)塊可以取代分立的位置電位計(jì)器。在脈沖計(jì)數(shù)應(yīng)用中，該電路檢測(cè)直流電機(jī)的換向脈沖，并為每個(gè)檢測(cè)到的換向脈沖創(chuàng)建一個(gè)脈沖。通常這些脈沖要反饋到微控制器進(jìn)行位置檢測(cè)和位置控制。安森美半導(dǎo)體為這類(lèi)電路定制的ASIC已經(jīng)投產(chǎn)。

六路半橋式驅(qū)動(dòng)器NCV7708就是一種靈活的單面高/低端驅(qū)動(dòng)器。其六個(gè)高端和低端通道專(zhuān)門(mén)用于電機(jī)控制配置，如半橋或全橋。NCV7708可以通過(guò)一個(gè)16位SPI接口控制5個(gè)直流電機(jī)。該器件還可以控制繼電器或指示燈。圖2是該器件的功能框圖。

三路半橋驅(qū)動(dòng)器NCV7703可以控制兩個(gè)直流電機(jī)。功率級(jí)的內(nèi)部連接作為半橋使用，采用SO-14封裝的器件可有效減少引腳數(shù)量。圖3是該器件的框圖。

3. 用于車(chē)身HVAC的可配置電機(jī)、繼電器和LED驅(qū)動(dòng)器

NCV7608具有最大的靈活性，可以驅(qū)動(dòng)不同類(lèi)型的電機(jī)及各種負(fù)載，如燈泡、發(fā)光二極管和繼電器。NCV7608有一個(gè)可防止LED發(fā)光的特殊診斷電流禁用位，以及標(biāo)準(zhǔn)的診斷功能。圖4是NCV7608的功能框圖。

該器件是一款8路可配置低端/高端驅(qū)動(dòng)器，采用高密度SOIC-28W封裝，能夠在-40℃至+150℃的結(jié)溫下工作。NCV7608具有3.15 V至5.25 V的寬輸入電壓范圍，并具有8路完全獨(dú)立的輸出驅(qū)動(dòng)器，能夠任意配置為高端、低端或半橋配置組合，為需要驅(qū)動(dòng)大量負(fù)載的設(shè)計(jì)人員提供極靈活的方案。

該器件通過(guò)集成的標(biāo)準(zhǔn)串行外設(shè)接口執(zhí)行所有輸出段的數(shù)字控制，這種功能還能獲取診斷故障信息。此外，4個(gè)通道能利用外部控制輸入引腳進(jìn)行脈寬調(diào)制(PWM)控制。該器件在25℃時(shí)的典型導(dǎo)通阻抗(RDSON)僅為1.2 Ω，能大幅延長(zhǎng)電池使用時(shí)間。

規(guī)范完備的NCV7608還提供正/負(fù)瞬態(tài)保護(hù)、過(guò)流保護(hù)及過(guò)溫保護(hù)功能。其集成鉗位電路(在高端及低端工作模式下)確保過(guò)溫保護(hù)及欠壓鎖定。利用NCV7608可以支持單極和雙極步進(jìn)電機(jī)控制，如圖5所示。

安森美半導(dǎo)體動(dòng)力系統(tǒng)解決方案

動(dòng)力總成包括傳輸控制和位置檢測(cè)、引擎控制、油門(mén)控制、油位檢測(cè)、空氣流量監(jiān)測(cè)、氣門(mén)控制、燃油噴射控制等。這里介紹的是安森美半導(dǎo)體的引擎管理和燃油噴射系統(tǒng)解決方案。

1. 引擎管理解決方案

安森美半導(dǎo)體為汽油引擎、雙燃料/彈性燃料(bi/flexfuel)和柴油引擎開(kāi)發(fā)了各種定制和標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，范圍覆蓋從點(diǎn)火控制的供氣和供油到排氣后處理子系統(tǒng)的眾多應(yīng)用。這些產(chǎn)品組合包括：電感式角度傳感器接口、壓力傳感器接口、爆震和輪速檢測(cè)電路、油/尿素流(urea-flow)和氣流接口、車(chē)載網(wǎng)絡(luò)組件、油門(mén)執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)器和前置驅(qū)動(dòng)器、電磁和壓電燃料噴射系統(tǒng)、火花點(diǎn)火、風(fēng)機(jī)、泵和液壓控制。圖6是汽油引擎管理系統(tǒng)的框圖。此外，安森美半導(dǎo)體還提供柴油引擎管理系統(tǒng)，以滿(mǎn)足柴油引擎在歐洲和北美地區(qū)持續(xù)增加的需求。

2. 燃油噴射系統(tǒng)解決方案

燃油噴射系統(tǒng)用來(lái)測(cè)量每個(gè)氣缸的燃料數(shù)量和時(shí)序。完全集成的多點(diǎn)(MPI)汽油引擎管理系統(tǒng)仍然是目前最流行的解決方案。為滿(mǎn)足強(qiáng)勁增長(zhǎng)的汽油直噴(GDI)系統(tǒng)的新需求，安森美半導(dǎo)體還推出了動(dòng)力總成方案，涵蓋了傳輸控制和位置檢測(cè)、引擎控制、油門(mén)控制、油位傳感器、空氣流量監(jiān)測(cè)、氣門(mén)控制、燃油噴射控制等應(yīng)用。

半導(dǎo)體器件有助于通過(guò)引擎的控制、檢測(cè)和驅(qū)動(dòng)來(lái)提高效率。精心控制的關(guān)鍵部件(如噴油器和氣門(mén))可達(dá)到最高效率。為了提高控制能力，需要對(duì)燃燒室壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量和處理，可減少汽油引擎30％的燃料消耗。

總結(jié)

除了用于車(chē)身和動(dòng)力系統(tǒng)，安森美半導(dǎo)體采用先進(jìn)汽車(chē)工藝技術(shù)的各種汽車(chē)應(yīng)用產(chǎn)品，還可以用于汽車(chē)電子的其他部分，以實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的性能。這些器件包括：集成了關(guān)鍵系統(tǒng)元件的系統(tǒng)級(jí)芯片可提高系統(tǒng)可靠性，降低能耗，節(jié)省電路板空間；極低靜態(tài)電流和寬線性穩(wěn)壓能力的線性穩(wěn)壓器具備短路保護(hù)和過(guò)溫保護(hù)；采用自保護(hù)MOSFET的集成電路可取代繼電器和保險(xiǎn)絲驅(qū)動(dòng)電磁線圈和燈；消除反向恢復(fù)振蕩的高壓整流器可提供低正向壓降，提高效率；有瞬態(tài)電壓保護(hù)功能的高可靠電子模塊可實(shí)現(xiàn)I/O和傳感器、負(fù)載突降、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)線和負(fù)載開(kāi)關(guān)等保護(hù)。此外，安森美半導(dǎo)體還提供各種汽車(chē)級(jí)運(yùn)算放大器和比較器、可靠的電機(jī)和機(jī)電繼電器驅(qū)動(dòng)集成電路及插座、采用標(biāo)準(zhǔn)CMOS/低電壓CMOS工藝的穩(wěn)固的標(biāo)準(zhǔn)邏輯系列。所有這些集成電路和分立器件均符合汽車(chē)可靠性和溫度等規(guī)范和環(huán)保要求，同時(shí)可以滿(mǎn)足人們對(duì)汽車(chē)舒適性等方面越來(lái)越高的要求。