安全+環(huán)保：中國汽車電子設(shè)計理念大勢所趨

　　電子發(fā)燒友網(wǎng)訊：本文主要跟汽車半導(dǎo)體廠商們一起聊聊中國新一代汽車電子的設(shè)計方向以及最新解決方案。隨著時代發(fā)展、生活節(jié)奏的加快以及人們思想境界的提升，中國新一代汽車電子的設(shè)計方向也必然會指向“安全”和“環(huán)保”這兩大風(fēng)向標(biāo)!

　　正值中國汽車市場飽受經(jīng)濟危機沖擊之時，提高汽車的安全性能以及綠色環(huán)保這兩大趨勢也驅(qū)動著新一代汽車的發(fā)展，并指引汽車廠商生產(chǎn)出與消費者的意向最相符、具有特色的下一代汽車。

　　為降低能耗和減少溫室氣體的排放，綠色環(huán)保在汽車電子的設(shè)計上的應(yīng)用是大勢所趨。除了利用許多傳統(tǒng)技術(shù)使汽車更加符合環(huán)保要求外，各種汽車能源的替代形式，無論是替代燃料(如甲醇、乙醇等)汽車，還是混合動力(油電組合)汽車(HEV)或純電動汽車(EV)，都已成為汽車廠家的最優(yōu)先考慮設(shè)計項目。

　　對經(jīng)濟的預(yù)期，使得消費者對汽車新功能的需求首先以安全為導(dǎo)向。能保障司機、乘客和行人安全，有效降低事故發(fā)生的高級安全系統(tǒng)，比如無需增加太多成本的先進駕駛輔助系統(tǒng)，將是一個快速增長汽車電子領(lǐng)域，并對汽車的差異化設(shè)計產(chǎn)生重要影響。除了安全氣囊等被動安全系統(tǒng)外，未來越來越多的汽車還將采用基于視覺的主動安全系統(tǒng)，包括后視系統(tǒng)、車道偏離告警系統(tǒng)、司機注意力告警系統(tǒng)、前燈控制系統(tǒng)、防碰撞系統(tǒng)以及能夠在各種照明條件下檢測并分辨物體的自動巡航控制系統(tǒng)等。

　　混合動力減能耗

　　長期來看，汽車設(shè)計的一個關(guān)鍵趨勢是減少能源消耗和氣體排放。從節(jié)能的角度來說，現(xiàn)在已有不同“綠色汽車”設(shè)計，其中一些設(shè)計能讓消費者以更少的預(yù)算滿足他們的需要。比如，啟動/停止(Start-stop)功能便是一個價錢合理的節(jié)能功能。這種功能使內(nèi)燃機在汽車遇上紅燈或者堵車時便會自動暫停運作。整個啟動/停止功能涉及的額外成本僅為300元美金，但能節(jié)省3%到10%的燃料，效果十分顯著。如果汽車在交通非常擁擠的城市中行駛，甚至可以節(jié)省高達25%的燃料。

　　另一種情況是，汽車越輕，需要的燃料越少。如今一輛典型的汽車擁有多達100個電子控制模塊(如ABS、ESP、自動車窗、為兒童準(zhǔn)備的后座娛樂系統(tǒng)等等)，所有模塊都通過銅線實現(xiàn)相互間的通信。如果采用FlexRay以及類似技術(shù)通過單個總線系統(tǒng)來運行，完全摒棄銅線，則能使車體重量大幅減輕。NXP的車載網(wǎng)絡(luò)總線產(chǎn)品(包括CAN/LIN總線收發(fā)器)具有更低的功耗、更好的EMC和ESD性能，是滿足這類應(yīng)用需求的理想方案。

　　采用替代燃料的汽車和EV/HEV是汽車綠色設(shè)計的一個重要部分。與傳統(tǒng)汽車相比，HEV的汽車動力傳動系統(tǒng)需要更多的電氣管理系統(tǒng)，帶來了電源管理的新挑戰(zhàn)。

　　“對于EV/HEV，其面臨的主要設(shè)計挑戰(zhàn)是保持電池能量密度(每公斤封裝電池質(zhì)量的kW-hr容量);然后就是如何設(shè)計高效的逆變器，如何設(shè)計高效的DC/DC轉(zhuǎn)換器以便為12V負載供電，以及如何以廉價方式制造以上器件，而且實現(xiàn)最小的重量和尺寸。”飛兆半導(dǎo)體的汽車市場高級經(jīng)理RoyDavis表示。

　　飛兆半導(dǎo)體的車身電子/智能開關(guān)業(yè)務(wù)部總監(jiān)GaryWagner進一步解釋道：“具體而言，功率技術(shù)方面存在的挑戰(zhàn)包括：降低封裝硅器件(或其它半導(dǎo)體)的成本;減少封功率級的占位面積;減少開關(guān)器件的損耗;提高散熱性能并同時提高硅器件(或其它半導(dǎo)體)和封裝的工作溫度，以及使用更新的開關(guān)技術(shù)和功率電路拓撲。”

　　解決這些設(shè)計難題需要輕量封裝材料、創(chuàng)新的緊湊型散熱方案、高效功率開關(guān)器件和控制技術(shù)，以及改進磁性材料在電感和變壓器中的使用，使得這些器件更小、也更輕。飛兆半導(dǎo)體的模塊和FANxxxx系列器件，以及能夠轉(zhuǎn)換至汽車應(yīng)用而有助于降低能耗的任何PWM控制器都被用來解決這些挑戰(zhàn)。

　　HEV設(shè)計的另一個關(guān)鍵問題是高電壓。“由于輕度、全面及插電式HEV需要600V到1,200V之間的高電壓電子系統(tǒng)，這令設(shè)計更具挑戰(zhàn)性。必須根據(jù)汽車的種類、大小和用途，在10kW到超過100kW的范圍去驅(qū)動引擎。HEV的高電壓架構(gòu)還要部署額外的周邊系統(tǒng)以及能源和電池管理單元。”國際整流器公司(下文簡稱IR)汽車產(chǎn)品副總裁及總經(jīng)理HenningM.Hauenstein博士表示。

　　除此之外，還須要把電動動力系統(tǒng)和其他新式電子系統(tǒng)集成到新的HEV汽車架構(gòu)內(nèi)，新式電子系統(tǒng)包括能實現(xiàn)12V和高電壓電源網(wǎng)之間能源傳送的DC/DC轉(zhuǎn)換器，以及空調(diào)、動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等眾多電子驅(qū)動系統(tǒng)。Hauenstein博士指出：“這是一個很大的挑戰(zhàn)，因為以前汽車電子系統(tǒng)都習(xí)慣在12V電池環(huán)境下工作，但現(xiàn)在要面對高電壓電子帶來的對設(shè)備和生命安全的威脅，必須要把這些危險的電子系統(tǒng)安全地隔離。”

　　IR能為一部現(xiàn)代化HEV中的幾乎所有功率管理應(yīng)用提供全面芯片組解決方案，包括高電壓驅(qū)動器IC、智能功率IC、智能開關(guān)、MOSFET以及適用于低、中和高達1,200V的高電壓IGBT開關(guān)。該公司最近推出了無鍵合線汽車用DirectFET產(chǎn)品線。這種革命性的MOSFET封裝新概念，不但為DC/DC轉(zhuǎn)換器和電池管理系統(tǒng)的設(shè)計帶來非常低的RDS(ON)，還同時免除了鍵合線，使快速開關(guān)狀況下的寄生電感基本上為零。