高度集成的0级无刷直流(BLDC)电机驱动器DRV3255-Q1适用于48V大功率电机控制系统，可帮助设计人员将电机系统的尺寸缩小多达30%，并符合ASIL D级的汽车安全完整性等级。
德州仪器(TI)日前推出了一款高度集成的0级无刷直流(BLDC)电机驱动器DRV3255-Q1，适用于48V大功率电机控制系统，例如轻混电动车(MHEV)的牵引逆变器和起动机发电机。
DRV3255-Q1可帮助设计人员将电机系统的尺寸缩小多达30%，同时提供更高的栅极驱动电流，从而提供更好的保护和更高的输出功率。这款全新的电机驱动器是按照德州仪器经TÜV SÜD认证的功能安全开发流程设计的，满足更为严格的安全要求，符合ASIL D级的汽车安全完整性等级。
关于48V系统的5种不实传言
根据国际能源署发布的《2020年全球电动汽车展望》，2019年，全球包括插电式混合动力电动汽车(PHEV)在内的电动汽车销量达到了210万辆，上路总数增加到了720万辆。然而，即使同比增长40%，电动汽车仅占全球汽车市场的1%和全球汽车销售的2.6%，其余都是内燃机(ICE)汽车，减少二氧化碳排放和遵守政府法规的需要促使汽车制造商推出48V轻度混合动力车型。
但目前，关于MHEV，市场上却存在着五个典型的认知误区。
误区一：48伏MHEV市场不能再扩大了
德勤《2020年全球汽车消费者研究》(Global Automotive Consumer Study)显示，印度10%的潜在买家和德国43%的汽车买家不愿意为电动汽车支付更多的费用。但48伏MHEV恰好可以在解决里程焦虑的同时不增加太多成本，从而使消费者更愿意接近电动化未来。
误区二：原始设备制造商在向电动汽车发展的过程中会跳过48V
咨询公司麦肯锡公司在其题为《REBOST：对不断变化的动力总成部件市场和供应商如何取得成功》的报告中预测，到2030年，电动汽车充电基础设施需要累计投资500亿美元(不包括电网升级)，才能支持插电式混合动力汽车和电动汽车当前的增长幅度。大多数OEM厂商都采用48V系统，因为它们只需要在车辆结构上进行一步改变，而内燃机车需要昂贵的重新设计，才能成为电池驱动的电动汽车。
误区三：48伏系统将使汽车更加昂贵
尽管包括额外电池在内的新部件成本较高，但其他方面仍有节省，包括：
- 减少近4公里的电缆和线束重量，因为相比12V，48伏允许更小的线规。
- 48V电动泵、风扇、动力转向齿条和压缩机的效率更高，从而降低了成本。
- 与PHEV和BEV相比，48V系统电池容量小，电池成本更低。
- 在保持性能的同时，用更小、成本更低的四缸发动机替换六缸发动机。
此外，还可以通过设计来管理MHEV的成本——从成本最低的P0架构(从附件传送带运行)到紧密集成的P4架构(电动机直接向车轴施加扭矩)。
误区四：48伏系统将取代12伏系统
MHEV可能会继续通过DC/DC转换器将传统的12V电池连接到48V系统上。在当前的设计中，48V系统将处理来自扭矩辅助的负载，并有助于减少启动时间，而12V系统则继续控制发动机、变速箱、处理主动安全和信息娱乐功能，从而将重新设计和相关成本降到最低。最终，高端汽车制造商将完全转向48伏系统，但这可能需要10至15年的时间。
误区五：世界现在需要全电动汽车
2021年，欧盟开始将二氧化碳排放量限制在95克/公里，并计划到2030年将其进一步限制在59克/公里或以上。此外，中国、印度、加拿大和英国等国家也宣布了在未来几十年逐步淘汰ICE车辆的目标。
尽管电动汽车目前可卖给愿意和有能力更换的消费者使用，但MHEV提供了一条增加交通电气化的途径。这是一条有助于解决成本、里程和环境问题的途径，同时继续利用现有的规模经济和客户期望。
设计更好的48V系统
德州仪器电机驱动器业务部门总经理Kannan Soundarapandian指出，为在轻混电动车(MHEV)电机驱动系统中实现汽车电气化，设计人员需满足以下要求：
1. 小尺寸：因为电路板空间有限，小尺寸能够集成更多的器件，以满足实现电机驱动的需求。
2. 大功率：能够驱动30kW左右功率的电机，用大功率器件驱动电机，有效实现电气化。
3. 功能安全性：要完全符合汽车安全完整性等级ASIL D的系统级功能安全性，实现ISO26262所要求的设计
4. 耐受恶劣条件：在高温高压条件有出色的耐受性
目前市场上常见的48V电动发电机和电动助力转向统的电机驱动器集成度并不高，分立元件比较多，因此体积也比较大(图1)。
图1：48V电机驱动器系统常见架构
但作为一款先进的三相48V BLDC电机驱动器，DRV3255-Q1集成了高侧和低侧主动短路逻辑和动态故障响应，省去了包括外部晶体管和控制逻辑在内的12-24个无源器件，不仅帮助设计人员简化了设计，还可以提供高达30kW的电机功率，同时将48V电机驱动系统的布板空间减小多达30%并降低了物料清单成本。
图2：DRV3255-Q1将48V电机驱动系统的布板空间减小多达30%
利用主动短路逻辑功能，系统设计人员可以根据系统需求灵活地布置金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)连接，并防止由于过压导致的系统故障。在过压情况下，动态故障响应会自动将电机驱动器切换至主动短路模式，从而在优化系统性能的同时保护车辆的电机和电气部件免受过压应力的影响。
- 在保护48V电机驱动系统免受恶劣条件影响的同时缩短响应时间
DRV3255-Q1具有超高的输出功率水平，可缩短48V电机驱动系统的响应时间。这样，即使对于重型车辆如SUV和卡车），驾驶员也可以在停车后更快地加速行驶。对于要求高达600A电流的电机，DRV3255-Q1可提供更高的栅极驱动电流，直接驱动栅极电荷高达1,000nC的MOSFET。
此外，这款符合汽车电子委员会AEC-Q100的0级标准的电机驱动器还可以在宽温度范围(-40°C至150°C)内保护48V动力总成系统免受高达95V电压的开关瞬态和负载突降影响，从而省去了保护电路。
- 简化ISO 26262 ASIL D级合规性认证
考虑到功能安全性，DRV3255-Q1的设计采用了TI经过认证的功能安全硬件开发流程，并包含内置的安全机制和文档如故障模式、影响和诊断分析以及功能安全手册）。除针对器件内部故障模式的安全机制外，数字输入/输出引脚还可以承受75V的绝对最大额定值，保护DRV3255-Q1免受外部12V电源过压的影响。
“汽车的电气化是不可阻挡的趋势，作为重要的一部分，轻混电动车也参与其中。我们相信，轻混电动车市场在未来具有很大的成长空间。”Kannan说。
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