在汽车行业智能化、电动化、集成化的发展趋势下,汽车电子产品因具备高价值量的智能化增量而得到快速发展。
在汽车电子电器架构逐渐集成化发展过程中,整车架构逐渐从点控演变为域控,整车电子也逐渐中央集中化和定制化。
日前,MPS在上海举行电机驱动媒体发布会,介绍MPS在电机驱动上的新产品及在电机驱动上的战略布局和未来规划。
电机驱动产品覆盖汽车四大域
“马达几乎无处不在,而对MPS来说,马达驱动产品成长也非常迅速。”MPS模拟产品线总监瞿松(Song Qu)表示,MPS把马达应用分成九大类(如下图),涵盖步进马达(蓝色)、无刷直流电机(橙色)、有刷直流电机/H桥驱动(绿色)。
每台设备中,电机使用量不同,但九大类应用增量市场空间都非常大,其中尤其针对汽车电机驱动是重点。
回到4年前,新能源汽车还不是很普遍,而现在几乎随处可见新能源汽车的身影,更多舒适性带来更多电机应用,但与此同时,这对汽车智能化与功能安全性带来更多要求。
与工业电机驱动不同,对汽车来讲,其最低的要求是要满足AEC-Q100的认证,它又分为不同等级,针对不应用拥有不同要求,包括耐温、环境适应性、寿命、市销率、一致性等。此外,在安全上,汽车电机驱动要求也更高,因此汽车电子的门槛要比其它应用要高得多。
MPS则拥有专业的认证、可靠性的团队,在多年的实践中也形成了非常完整的质量管控的体系,在此方面得到很多大型车厂认可,相比不具备这样体系与设施的企业,非常有利于MPS进入汽车电子市场。
事实上,汽车电子设计极具挑战,主要包括两点。第一是EMC问题,MPS在中国、德国、美国有个三专业的EMC Lab,能够帮助客户解决EMC问题。
第二是ESD问题,无论汽车还是非车载领域,它都是重要课题,ESD问题多发生在组装生产时,汽车应用条件普遍较为恶劣,而部分则完全依赖芯片设计来解决,如果做不到这一点,客户就可能需要在外围外加TVS和保护,增加成本和研发周期。MPS则拥有丰富经验,尽量让客户减少用外部的元件,尽量能够一次就过测试。
挑战与机遇并存,MPS拥有强大汽车电子技术力,能够拥抱这块市场,而这也是MPS之所以布局汽车电机驱动的最大原因。
MPS在汽车电子与电机领域布局涵盖车身域、座舱域、底盘域、动力域四大领域。
车身域实际分类和概念非常广,比如整个车身本身的控制模块、风扇控制、大灯散热器控制、天窗控制等。
座舱域拥有HUD、Lidar等较新的应用,也有车内照明、热管理、暖通空调系统等。
底盘域在整车中非常重要,涵盖电动转向系统、制动系统、线性控制动系统、悬挂系统、车身稳定性控制系统等。
动力域相当于是整车的核心,由于没有汽车引擎,采用牵引逆变器、OBC、DC/DC、电池管理系统来驱动马达,在动力域内,水泵和油泵都非常重要而这些泵类都是以BLDC为主。
沿袭MPS传统优势的产品
MPS将会在未来1~3个月内逐渐释放汽车电机驱动相关新产品,电机驱动媒体发布会上,MPS列举了一些典型产品案例。
8路汽车级驱动(带SPI)在整个8路汽车级驱动都拥有40V的耐压,兼容汽车供电的要求;产品内包含8路PWM发生器,可以做到每一路的单独控制,对于前级MCU端的控制,会极大的简化MCU的IO 设计;在保护功能上,不仅集成了两路电流采样放大器,标准汽车的保护功能也做得很全;MPS通用的优势是独特的封装技术,这款产品也沿袭了这一优势。
根据MPS中国区电机驱动和传感器产品的BD经理潘兴卓(Patrick Pan)介绍,其典型应用在于座椅控制,比如座椅的前后倾角、按摩等,不止如此,MPS会在芯片功能,即在通道数上进行更多扩展,以支持更多电机应用。
汽车级全桥马达驱动为H桥马达驱动,采用标准36V电压,可以做到8A持续电流输出。由于内置MOSFET,因此可以利用MPS多年以来的电源经验,让其可以做到业界一流的功率等级。
这颗料能够应用在门锁、车窗、天窗控制等BLDC电机控制中,它既拥有利于生产的TSSOP、SSOP封装,也拥有更小的QFN封装。潘兴卓强调,这颗料很快就会推出样本。
汽车级步进电机驱动拥有4V~36V输入电压,实际耐压可以达到42V左右,它拥有0.5A的连续输出电流。步进电机和有刷直流和无刷直流的驱动采用的是双全桥的驱动方式,这些全桥完全集成在内部,无需任何外围元器件。
根据瞿松介绍,该产品的逻辑接口非常简单,非常易于客户使用;拥有不同的步进模式,即步长可调节;在控制上拥有斜率控制、电流衰减等,比如可以使用斜率控制优化EMC,更容易完成车企对EMC的要求;这颗产品还拥有很特别的功能,即防失速控制系统,这对车规产品非常重要,MPS采用的是Back-EMF 检测,非常易于使用和可靠。
汽车级三相电机驱动拥有更大的2.5A电流,目前,市场上较为缺乏持续大电流的步进电机方案,MPS拥有比较独特的BCD工艺和先进的封装工艺,加之非常滴的RDS支持,因而达到大电流输出。
汽车级三相无感BLCD电机驱动针对无刷直流电机应用,主要用在风扇和泵类产品上。虽然无刷直流电机性能优越,但总体成本高于有刷直流电机,所以电机中车身控制仍以有刷电机为主,而风扇、泵类则基本需要长时间运转,所以会采用可靠性和寿命更长的无刷直流电机。
无刷滞留电机通常使用三相提高可靠性,三相换相有两种方式,一种是采用霍尔检测位置,另一种是采用无霍尔的Back-EMF 检测,MPS的方案采用的是更先进的无感方式,使用更可靠更方便,无需担心霍尔元件的摆放位置、公差等。
瞿松强调,这款产品是很多Tier 1感兴趣的产品,同时它很快就会进入量产。
MPS开始布局MCU
MPS的MCU并非单独的一个产品,MPS也不会去做通用MCU,而是与电机驱动应用相结合的一体化方案。这样的好处就是客户更易使用,设计系统时候也可以不断扩展应用。
MPS的MCU使用市场主流的Arm架构,包括Cortex-M0和Cortex-M33两种功耗较低的内核,加之MPS自己的算法,能够实现电机驱动完整的解决方案。
众所周知,MPS是一家专注于功率电源管理和模拟器件的公司,那么为什么还要做MCU,有什么优势?
瞿松表示,电机控制应用非常广泛,如果只有模拟产品,就好比只有一条腿,但如果模拟和MCU两手都很强,就能够又跑又跳,只有提升自己的能力,才能把握更大的市场。具体来说,MPS拥有四点优势:
第一,正因它是一个基于电机驱动而优化的芯片,而非通用的MCU,所以成本上更具优势。产品也具备高集成度的特点,既可以集成预驱,也可以集成功率级。
第二, MPS有了MCU以后,在参数的设定上就变得更加方便了,保护功能也可以做得更完善,比如死区时间的调节,过流保护,短路保护,过压保护,过温保护等。
第三,市场上的MCU算法其实是设计的关键一环,而MPS产品内部提供控制算法,适用于各种不同类型电机,如果使用通用MCU达到设计要求,工程师会花费很多时间,而现在工程师无需编程,只需在GUI上进行参数设定完成所需功能,大大缩短开发周期。
第四,MPS的第一代产品使用的M0内核,M0已经满足市场大部分需求,而在未来,MPS也计划开发更多高性能内核,如利用M33、150M实现FOC 控制、矢量控制等。
从应用领域上来讲,MPS的MCU将会应用在工业的风扇、吊扇、油泵、水泵、制冷风扇、电动工具、机器人,汽车的智能执行器、油泵、水泵、风扇、步进电机等。
写在最后
目前,汽车厂商已经开始越来越大的增强集成度,同时提出软件定义汽车的概念,MPS也注意到这些趋势,传统的小的MCU功能可能逐渐被大的SoC所集成,但每一个电机就像小的关节一样,它也需要更灵活更智能的控制,所以MPS才会推出这样的方案。中国新能源汽车行业日新月异,他们远远没有达到传统燃油车固定化架构的阶段,MPS也在不断收集更多市场客户需求,希望在未来推出更加一体化、集成化、智能化的产品。