EV / HEV 汽车 - 48V 系统

大家早上好 接下来的话我会跟大家探讨一下48伏系统 TI在这里面的一些解决方案 那我想前面就说我的同事已经讲解了tracking这块 那在48伏这一块就针对工业等级相对等级低一些的情况下我们会围绕在双线DCDC 以及BMS包括这一块的应用 所以接下来的话我会跟大家一起来介绍这一块 我的整个agenda大概分以下几个部分 第一部分的话是marketer的一个 switches 第二部分的话是一个双线DCDC 然后第三个部分的话是我们的BMS 那最后的话我会在此的技术上跟大家在一起沟通一下 我们在针对这些汽车应用里面 包括一些其他应用里面 我们 有一些标准的standard parts 所以这里面的话就是今天 那个结束的话有这么一些内容 那一页就是一个大体的TI在整个应用场景里面的一些那个所提供的一些方案 包括一些amplifier data converter包括我们embedded的一些processing 我们一些对外的wireless connectivity一些逻辑一些timing 所有的这一些在系统当中任何的电子线都可以很方便的在TI的一些官网上 或者一些渠道里面去找我们TI的一些资料 那TI在汽车这个里面就是我们把整个车拆成了大概四个应用 第一个是advanced 第二个infotainment and cluster 第三个是body electronics and the lighting 那第四个是EV HEV and the powertrain 这个也是我们今天要谈的 因为48伏这个系统在TI内部 我们是把它划在EV这个sector下面的 那开始之前我想给大家大体上有一定简单的介绍 在新能源汽车这一块 大体是怎么来分类的 我们从右往左看的话就是最简单的最纯粹这一块的话就是说 完全透过电池驱动就是说我们国内叫纯电动 相当于它这一块都是靠电池然后给到电机来再驱动你的整个轮子的往前前进 那第二个是一些plug in 所谓的plug in就是说在有电池 这条电路供应系统以外 与此同时我们还有一个是透过由 这条供应线路来给到那边去 所以这样的话就是说是有了两条线路 那实现上我先来讲一下第三个 第三个是一个混动的 那混动跟plug in的区别在哪里呢 就说混动的跟plug in一种是可充电的 一种是不需要充电的 就是说可充电的那一种就是说是我在行驶当中遇到了油没有了 那你可以去找一个地方去plug in充一下电 那透过那个电的形式继续往前走 那还有一种就是它其实是所谓电机这一块 电池的这条线路电机这一块 它所有的电源来于并都是透过外面的plug in进来的 是透过你的发动机来给它 这叫generator来给它发电 充到这里面 给到这里面来 所以这样的话就是说这两个很大的标记区别就是 这个混动车一种是需要外部的225来充电 一种是不需要 那当然带来的功率也不一样 那结合到今天这一块的话就说48伏的starter事实上就在整个worldwide 它是存在两类型的 一类是叫BSG 所谓的BSG叫belt driven starter generator 那还有一类是叫ISG， intergrated starter generator 那这两类最大的差异就是大体上可以分为三类 那作为这个BSG这种方案的话它对应于现有车的mechanical机械架构 它更改的要求相对于会比较少一些 那这样的话就说是你的cost它更加有价值一点 就不是特别费cost的 那因为它是靠这个皮带来带动的 那这样的话就是说因为皮带它是有一定的伸展性的 那这样的话就是说整体的功率输出还是有一定的限制 不会到达特别高的电机 那反过来我们来看ISG 那ISG的话它已经把整个跟你的ICE这个是引擎 结合在一起了 那所以这样的话就是说如果你要享用ISG这种模式的话 那你基本上就要在整个动能架构设计这一块就要全新的一个改变了 那所以这个的cost是非常非常昂贵的 所以就说市面上基本上蛮少见到这个ISG的48伏方案 那这个方案也相对来说更高 那换句话来讲因为它的那个之间联系在一起 那它的整体的功率输出可以相对来说更上一层 48伏在历史上的引进当中为什么会有了12伏的电池之后 我们还要考虑48伏 那其中一个原因因素就是说我们车上的电子化相比较我们上一个世纪 已经是越来越多了 无论是从那个时候只有收音机 到现在慢慢的那个video 到VDV 然后到后来的屏幕 然后屏幕在逐渐增大 然后各种各样的电子化 导致了你12伏的那个电池所能提供的功率 已经远远不足于支撑这么大的电器化了 那早起12伏的架构呢 基本上就是说能够输出的功率大概在3000瓦到5000瓦这个范围 那如果说你切换48伏的系统的话 那基本上能够提供大概在14000瓦 15000瓦这么一个水平 那这样的话对于我们整个车子上的电器化供应就说到达一个更高的水平 那当然与此同时就是说是提供更多的能量以外 那我们对整个环境还是有一个很大的贡献的 去年的话就说中国政府这边提出了保卫蓝天三年计划了 那其中很重要的一个一点是落实到汽车工业 那汽车工业这一块怎么来为我们的蓝天做贡献呢 那就说减少二氧化碳 减少碳 减少各种各样的空气污染的这一块 那所以就说换做48伏的话有一个很好的结果的话就是说 二氧化碳的排放量会比现有的这一块是降低百分之十五 那这个数据是来源于澳门它们做一个系列的分析调查 以及一些数据上的分析 那这样的话能够使二氧化碳的排放量比现有的这一块要减少百分之十五 那与此同时我们也能够提供更多的power给到我们整个车的一个 电子会设备化的发展 那针对我右边的话就是有一个线路图了 我们中国的话到2020年基本上 在5升每百公里大概在117克 这样一个路线图 这也是一个比较challenging的这一点 那也迫使我们更多的考虑新能源在汽车这一块 那刚才讲到在车上的电子的电器化在增加尤其是针对那一些 需要用到马达电机这类的应用 像空调 像压缩机 像泵 像水泵 这类型的事实上就是说虽然我们先行的是12伏也在供 那事实上对电源架构它是12伏boost到一个相对很高的电压30几伏以上的电压 然后再去供给 那这样的话整个效率更低 也带不动 那所以也就是有这么另外一条原因使得就是说48伏的应用在这个 这个年代这个时代被宽泛的体制了 那TI在这里的话就是说是整体来讲的话大概是能够提供48伏BMS系统 然后48伏的motor control 那前面我的同事已经讲过了 那我这次就不去讲它了 那还有一个第三个系统是双向DCDC 那今天的话我们就首先会从双向DCDC开始 然后第二块的话再去讲我们的BMS 那首先我们来看看48伏12伏的双向DCDC 那所谓的双向DCDC 那它主要供应给哪些应用或哪些车产呢 那这里我花了一个比较简单的图 那对现有的12伏这一块 那大体上它是主要供给那些infotainment 或passenger safety这一类型的架构 因为它一直是走12伏的那个架构 那对于48伏这一块就像我前面提到了 就说是像一些空调 一些风机 还有一些泵 这一类用到电机这一块的 那最会的话就是用到48伏 那用到48伏这一块的话会怎么样子呢 就是说很重要一点你电压升高了 那你input的current你可能会降低一点 那如果是你的电流降低的话 那事实上意味着对你的cable 也相当于就是说你的电流越大那你就需要越粗的线来去程载这么高的电流 那你电流小了那你的线也可以小一些 那换句话来讲就是你的重量也会减轻 其实车上很重要的一部分cost 是来自于你的线数 那如果说线数降低的话 那成本降低的话 那其实对车子是有非常大作用的 那与此同时就是说因为你用了高压的generator 那相当于就是说你在 starter的时候你的那个整个起机那个过程会相比较那12伏电机的话 会更加smooth一点 就相对于你不会有顿挫感 那TI在48伏12伏或者双向DCDC这一块呢 我们提供了三种解决方案 一种是基于C2000 纯数字的 还有一种是基于那个LM5170的模拟的 那还有一种也是数字电源 UCD3138的 那这里面就怎么样子呢就是说因为其实这是一套系统 那所以你换句话来讲就它需要系统对外的communication 然后还有系统的一个loop的control 那还要内部的一个control 加上MOSFET的一些drivers 那所以就是说根据我上面划的大概一二三四五六七 六个模块 不好意思 你可以看到每一个分别都能够cover到哪个内容 那C2000的话就是说是你用两颗或单颗的话你可以cover到 它的外部的一个通信 以及外部loop的一个控制 以及一个我们inner的控制 那5170的话就是说对于我们的内侧控制以及模式管的驱动 一些sensor就是电流感应器运放这一块我们都把它给涵盖进去了 那3138相对来说它只是cover了系统的控制跟内部的控制 建议大家也可以这样理解就是 一类是数字电源 它的那个控制回路系统相对来说它的load max可以更宽 可以支持更高的工艺密度 那我建议是可以用那个C2000 那针对我们48伏这一块 那我们今天主要是围绕着LM5170这个模拟这一块 于相对来说我们48伏这一块的功率等级 也不需要太高 那我今天的话后续会有TI design 大概是在2个千瓦这个等级来给大家介绍 那所以就是说这个是用LM5170做的一个simple stack的一个架构 那5170它的控制的那个inner current loop 那所谓的inner current loop就是说 我这个黑色框里的这一块就是算inner的 都是由5170来做的 那外围的这一块就是由outer control就是下面由MCU C2000 或者我们TI的另外的MCU做的一个控制器 那为什么就是选择5170在做这一块呢 首先5170是一个电流模式的平均电流模式的 那它能在有单独的可以做双侧OVP的一个保护 双侧OVP的一个保护 那同事它又可以检测双侧的电流 那这样的话响应速度肯定比透过你的外部的loop响应速度更快 也更加即时 也更加安全 那这个是我们5170的一个feature benefit的一个overview的简捷 那它的最大的在满载情况下 它的current regulation它的精度大概可以做到百分之一 那与此同时它又有一些ISET 或者是双向的选择 这样的话就说是因为我们是48伏还是用12伏的输入都可以 那48伏这一侧我们的输入电压可以up 到100伏 那12伏的话我们可以up 到65伏 那在这个范围基本上能够在车上的应用是完全能够覆盖得掉的 因为它是一个driver所以它的驱动能力大概在5mp 那一般情况下这个工业等级基本上能够应用到我们现有的相对来说 较大功能的对战使用 我们的low lq大概是在15uA 那同时一个很重要的一点就是它可以同步外部的clock 做multiphase的stackable 那这一块就是说我们可以几个phase叠在一起 使你的功率等级更高 我们是一个averaged current mode control 它的package的话是负48QFP package就是9乘9的这么一个