【導讀】汽車傳動系統電氣化，要求符合汽車質量標準的高性能半導體芯片。因此，在功率半導體和汽車電子領域都具備技術專長，是在新興的電動汽車和混合動力汽車（(H)EV）市場取得成功的必要條件。
(H)EV系統的功率電子主要組成部分為主逆變器、DC/DC變流器、輔助逆變器/變流器、車載充電器和電池管理。功率模塊、微控制器、驅動器、傳感器等（如圖1）高度可靠的半導體必須支持多種逆變器功率級，以助力實現緊湊、經濟、節能的系統設計。
圖1： (H)EV系統的關鍵組成部分：功率模塊、高性能微控制器和驅動器
譬如，HybridPACK家族就支持這一設計目標，其針對(H)EV應用的解決方案覆蓋所有功率級（10kW -150kW）。EiceDRIVER門級驅動器具有驅動和控制IGBT的理想功能。該產品家族包括具備高低壓隔離能力和雙向信號傳輸特性的單/雙通道汽車IGBT門級驅動器。AURIX系列這樣的高性能32位微控制器是高能效型電動傳動系統產品組合的有效補充，同時位置傳感器可提供電機位置的閉環反饋，以實現場定向控制（FOC）這樣的復雜控制。
優化的門級驅動器
最新一代EiceDRIVER解決方案在實現經濟實用的逆變器設計和推進針對(H)EV應用的ASIL系統認證方面起到了重要作用。
1EDI2001AS 和1EDI2002AS的目標應用為使用400V、600V和1200V IGBT的(H)EV逆變器。這兩款驅動器都具備高低壓隔離、雙向信號傳輸、主動短路保護以及優化的IGBT開關驅動功能。這些產品都采用了用于控制和診斷的標準SPI，傳輸速度高達2Mbd。安全相關功能包括： 過流保護以及針對所有電源、振蕩器、門級驅動信號和輸出級的信號的狀態監控。此外，還支持包括錯誤注入（error injection）和弱導通（weak turn-on）在內的系統級診斷。
EiceDRIVER家族的另一個成員是1EDI2010AS。該產品在二次側集成一個ADC，可用來采樣高壓母線電壓以及NTC溫度或IGBT晶圓溫度（如帶有晶圓集成溫度傳感器）。相關數據是通過SPI提供的。
1EBN1001AE是單通道IGBT驅動能量放大器，兼容1EDI20xxAS系列。該產品以高性能雙極技術為基礎，可替代基于分立式器件的緩沖級。由于其采用熱性能優化的裸焊盤封裝，能驅動和灌入高達15A的峰值電流。這使其適合汽車應用中的大多數逆變器系統。該產品具備主動短路保護和有效鉗位功能，采用裸焊盤PG-DSO-14封裝。
門級驅動器和升壓器結合在一起可在子系統中節省多達20%的PCB空間，同時可使當今解決方案中分立式器件的數量減少60%。
用于無刷電機控制的高性能轉子位置傳感器系統
(H)EV 應用經常采用無刷電機。這些高效電機依賴快速、準確的轉子位置傳感器進行換向，因為這些傳感器參數對車輛的啟動特性、動態性能、轉矩波動和效率具有重大影響。
通常可利用不同原理來探測轉子位置：旋轉變壓器（基于電感式）和電磁式。基于旋轉變壓器的傳感器系統面臨著一些限制（模擬輸出、復雜電路、高系統成本、空間限制、對雜散場靈敏以及位置公差等）。32位AURIX微控制器家族利用其Σ-Δ模數轉換器生成載波信號和進行基于軟件的編碼，可通過避免使用旋轉變壓器解碼IC，幫助將系統成本降低大約20%。
另一方面，采用AMR（各向異性磁阻）或GMR（巨磁阻）技術的磁阻式（xMR）角度傳感器具有高精確度，同時對位置公差具有低敏感度。
要實現xMR傳感器系統，必須將來自功率電子、電感、電機體積、電纜和電機雜散磁場這些干擾源的雜散磁場影響考慮在內。英飛凌最近將完整的傳感器系統集成在電機軸端，并滿足所有要求。圍繞軸端布置的磁路可完美屏蔽電磁干擾場。這樣就無需采用額外的，可導致系統成本急劇攀升的電磁屏蔽措施。
磁路以及傳感器模塊的大多數部分將完全集成進軸端（如圖2），只有一小部分傳感器模塊機械結構部分露在軸端外部。
圖2：軸端集成傳感器系統可確保不受雜散磁場影響并可節省空間
在準確性方面，系統評估結果非常樂觀：受試GMR傳感器的最大測量角度誤差< 0.3°（如圖3） ，AMR傳感器的相關參數< 0.14°。這種高精度可在很大的安全操作區域內保持穩定，同時毫米級的位置誤差依然可實現高精度角度測量。
圖3：在一個封裝內兼具AMR芯片和GMR芯片的TLE5309D傳感器具有不受位置公差影響的出色準確性
在許多情況下，轉子位置傳感器在ISO26262功能安全方面也扮演著密切相關的角色。英飛凌提供采用雙傳感器封裝的角度傳感器，可在一個傳感器的空間集成兩個冗余傳感器。尤其是，TLE5309D通過結合利用AMR和GMR技術，可滿足最高的功能安全要求，不僅實現了冗余性，而且實現了多樣性。
文章來源：電子技術設計。
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