“突破电气化边界：高精度磁性角度传感器与12V/48V通用驱动平台的完美融合”

　　AAS33001 是一款基于磁性圆形垂直霍尔 (CVH) 技术的 360°角度传感器IC，可提供无触点高分辨率角度位置信息。它具有片上系统 (SoC) 架构，其中包括：CVH 前端，计算角位置信息的数字信号处理以及多种输出格式：串行协议 (SPI)、脉宽调制 (PWM) 和电机换向 (UVW) 或编码器输出 (A, B, I)。它还包含片上 EEPROM 技术，能够支持多达 100 个读/写周期，可以对校准参数进行灵活的编程。

　　AAS33001 非常适合需要 0° 至 360° 角度测量的汽车应用，如电子助力转向系统 (EPS)，电子动力制动（EPB 或 IDB）、变速箱执行器和 BLDC 泵。

　　AAS33001 包含片上 32 段线性化。这可以用于校准由于磁体和传感器之间的错位或目标磁体的不完全磁化（可能表现为磁体与传感器的错位）而导致的误差。

　　AAS33001 采用双晶片 24 引脚 eTSSOP 和单晶片 14 引脚 TSSOP 封装。封装均为无铅 (Pb) 封装，引脚框均采用 100% 雾锡电镀。1 毫米轻薄封装减小了 CVH 变送器和目标磁体之间的最小气隙。AAS33001 器件与 A1333 引脚兼容，以实现轻松迁移。

　　皮带驱动的启动发电机是混合动力汽车（HEV）和电动汽车（EV）系统的重要组成部分，因为它们有助于减少由内燃机产生的碳排放。启动发电机系统在电气化车辆架构中扮演多重角色。它们负责启动发动机，向发动机提供电气助推，并在减速或滑行时产生充电电压，这减少了机械制动系统的磨损，同时提高了整体系统效率。

　　无论其架构或位置如何，启动发电机系统已被证明是车辆电气化的一个重要组成部分。启动发电机可以在车辆的多个位置使用。图1 显示了主要启动发电机系统的位置。P0 和 P1 位置通常小于 20 kW。P0 系统正变得越来越普遍，因为它们最容易实现，需要较少的重设计，并且具有成本效益。P1 位置具有类似的优势，同时消除了皮带损耗，从而提高了性能并减少了磨损。

　　启动发电机系统由多个电气和机械部件组成。逆变器提供电气升压，并且一个直流-直流转换器将转子的机械能转换为能量收集模式下的电能。该系统还负责怠速停机系统中的曲轴位置以及冷启动所需的高启动扭矩。从机械结构上看，启动发电机包括与三相逆变器连接的定子和通过滑环和电刷将直流电流通过转子绕组产生磁场的转子。使用永磁电机的较新设计可以消除对磁场线圈的需求，但由于在故障情况下无法关闭磁化，这种方法会带来其他安全挑战。图 2 显示了五相机器的典型电路实现。

　　12V 和 48V 系统的通用驱动器、电流传感器和电机位置角度传感器解决方案

　　皮带驱动的启动发电机（BSG）系统用于 12V 和 48V 电源轨。12V BSG 系统无法提供与 48V 启动发电机相同的功率优势。通常，12V 系统功率限制在10 kW，而48V系统可以产生高达25 kW或更多的功率。随着功率的增加，对栅极驱动器和电流传感器的需求也随之增加。对于P0/P1位置，使用12V和48V电池的通用架构具有优势，只需最少的附加组件或重新设计即可。使用通用架构可以减少设计时间和物料清单（BOM）成本，并能够为12V和48V系统提供单个平台的螺栓式BSG系统。

　　来自Allegro MicroSystems 的AMT49502半桥栅极驱动器可在 5.5 V 至 80 V 的电压范围内工作，使其成为适用于 12V 轨或 48V 轨运行的 BSG 应用的通用平台。该器件的充电泵稳压器为两个 N 沟道 MOSFET 提供栅极驱动。图 3 显示了半桥设计的功能框图。仅需单电源供电，所有内部逻辑由一个由充电泵稳压器供电的片上逻辑稳压器创建。该稳压器负责向浮动自举电容器提供 11 V 的稳压电压，这确保了在电池电压为 5.5 V 时，高边 MOSFET 的栅极上有 11 V。充电泵稳压器还向内部逻辑供电，从而降低了芯片的整体功耗。最小化功耗是无需降压调节即可在 48V 下运行的关键。此外，一个小型集成充电泵负责在 100%占空比时保持高边开关导通。

　　ALLEGRO还提供多种电流检测选项，这些选项都拥有类似的模拟接口，可以反馈到微处理器，从而实现冗余的全磁场定向控制（FOC）。对于低功耗系统，AMT49502 集成了一个高性能的电流检测放大器，通过低边电流分流器测量电流。随着功率的增加，基于霍尔效应的电流传感器比所需的分流电阻具有更低的功耗和更小的尺寸。它们的电气隔离意味着它们可以放置在高边、低边或相位中，为系统级别上的控制和短路检测提供了灵活性。对于转子线圈中常见的典型电流，ALLEGRO 的集成导体ACS71240提供了一个准确、高效且小巧的解决方案。对于电机相中出现的更高电流，最常见的解决方案是 C 型心内的ACS70310/1或无铁芯解决方案的ACS37612/10。所有这些解决方案都提供了冗余手段，以及内置诊断功能。ACS71240 和 ACS37610 都提供内置过流检测，ACS37610 还提供过温检测。AMT49502 中的每个 MOSFET 都可以使用逻辑输入和一个辅助 ENABLE 输入独立控制，这提供了一个独立的路径来禁用桥接器或激活睡眠模式。然后，有一个串行外设接口（SPI）端口用于读取诊断信息并设置功能参数。

　　进一步支持启动发电机设计，Allegro 提供了一系列用于各种电机位置传感应用的磁角度传感器。高分辨率的A1333和AAS33001角度传感器提供旋转电机位置信息，可用于正弦换向电机控制方案的一部分。这种电机控制方案为启动发电机带来了高效率和改进的扭矩性能。此外，Allegro 还可以通过完整的磁霍尔传感器产品组合支持传统的块状换向电机控制方法。总体而言，使用AMT49502、Allegro 电流传感器 IC 和电机位置传感器设计的 BSG 可以适用于 12V 和 48V 系统，并易于按功率扩展。

　　启动发电机系统可以在逆变器桥上产生高压。在发电机模式下，逆变器的目的是将三相电流转换为可以施加到12V 或 48V 电池系统作为充电的直流电压和电流。最终，电机产生的电压基于转速。逆变器桥必须能够承受高速旋转和从驱动模式到发电机模式转换过程中存在的电压瞬变。栅极驱动器必须足够坚固，以处理系统中存在的高电流和电压瞬变。通过设计栅极驱动器以承受这些瞬变，开发者可以节省宝贵的设计时间，并最大限度地减少添加高压钳位以保护系统的额外成本。在发电机模式下，当高侧 MOSFET 关闭时，桥上的电压瞬变可以在低端驱动器上产生超过 5V 的负电压，在相节点上产生超过 10V 的电压。

　　AMT49502 栅极驱动器可以承受相对于相节点低边栅极的 -8V 和高边驱动的 -18V，如图 4 所示。稳健的瞬态性能和智能控制算法可以确保即使在高功率系统中也不会损坏逆变器。电动汽车组件必须足够坚固，能够处理负电压瞬态并满足制造商的电磁辐射要求。启动发电机逆变器需要快速切换以保持效率，同时提供尽可能多的排放减少。它们还必须限制电磁辐射的幅度以满足严格的 OEM 要求。

　　为了在高效和低电磁辐射之间取得平衡，AMT49502 驱动器采用分段可编程电流栅极驱动拓扑结构，允许控制系统中的所有 MOSFET 的开启和关断。MOSFET 的关断到开启和开启到关断的转换控制如图 5 所示。所有参数都通过 SPI 端口进行编程。

　　当栅极驱动被指令为开启时，会在高边或低边栅极端子上提供电流I1，持续时间为t1。这些参数通常应设置为快速将MOSFET 输入电容充电至米勒区起始位置，因为在此期间漏源电压不会变化。此后，GH 或 GL 上提供的电流设置为 I2的值，并在 MOSFET 穿越米勒区并达到完全导通状态时保持此值。

　　MOSFET 的开通到关断转换受图 5 所示的控制。当栅极驱动指令为关断时，高边或低边栅极端会灌入一个电流 I1，持续时间为t1。这些参数通常应设置为快速将MOSFET 输入电容放电至米勒区起始处，因为在此期间漏源电压不会变化。此后，高边或低边栅极端灌入的电流设置为 I2的值，并在 MOSFET 穿越米勒区并达到完全关断状态时保持此值。

　　完全控制MOSFET 开关可以提高效率并减少 EMI。减少死区时间和 MOSFET 达到其 Vt 所需的时间可以通过最小化高边和低边 MOSFET 开关的时间来提高逆变器性能，并提高正弦电流的保真度。在米勒区域内的可编程电流控制 MOSFET 的摆率，这可以在保持高效开关时间的同时限制辐射。

　　ALLEGRO的AMT49100 三相栅极驱动器具有 ASIL D 认证，适用于纯 48V 系统。使用车载三相驱动器可以缩小封装内容，从而实现更小的系统设计。AMT49100 提供额外的诊断功能，并能够通过内置测试电路对每个诊断进行验证。对于单驱动器设计，此额外的诊断和验证功能提供了一种功能安全级别，可以通知发动机控制单元（ECU）各种故障。

　　有些48V 设计可能受益于超小型栅极驱动器。例如，一款 10 至 100V 的A89500半桥栅极驱动器，采用 3 毫米×3 毫米的 DFN 封装，体积非常小，可以减少整体印刷电路板（PCB）空间。该器件可用于场线圈驱动，以及在经过适当安全分析后用于逆变器。驱动器直接由 8 至 13V 的栅极电源供电，而场效应晶体管（FET）桥直接连接到 48V 电池。有关详细信息，请参阅框图 6。

　　启动发电机故障可能导致锂离子电池组过充，如果电池内部短路则可能造成危险。因此，启动发电机电路必须符合ISO 26262 标准，通常需要达到“B”级认证。例如，当发电机仍在高速旋转时，逆变器桥的故障可能导致过充状态。在一个五相系统中，一种解决方案是通过禁用场线圈驱动器来有效去除转子的磁场。在这个实现中，设计对于开发一个安全系统至关重要。如果门极驱动器在这个系统中是为安全设计的，那么它们可以使实现这一要求变得更容易。例如，AMT49502 是在通过 ISO 26262 认证的开发过程中设计的，该器件符合 ASIL B 级认证。

　　每个半桥驱动器都配备了先进的诊断功能，几乎包含二十种诊断功能，包括负载浪涌检测、MOSFET 短路保护、栅极驱动欠压、桥式电源过压、温度警告和其他条件。IC 诊断向系统控制器提供必要的信息，以监控操作并根据系统采取的行动确保安全运行。图 7 显示了 AMT49502 栅极驱动器支持的诊断功能。

　　类似地，Allegro 提供的霍尔效应电流传感和电机位置解决方案也以安全为设计理念。从电流传感器产品组合中，ACS71240、ACS70310/1 和 ACS37612/10 是 QM，提供安全相关文档，并用于系统级评级高达 ASIL D 的应用。从角度传感器产品组合中，A1333 和 AAS33001 可以作为安全元件，分别具有 ASIL B 或 D 评级。

　　由于BSG 系统易于实现、与现有发电机系统尺寸相似以及无需对动力总成进行重大修改（在 P2-P4 位置），它们在 HEV 电机控制设计中越来越常见。随着启动发电机系统不断发展，进一步的集成可能会随着时间的推移影响 BSG 的作用。未来，48V 系统可能会主导 P3-P4 位置。

　　随着电气革命继续改变汽车行业，电气化将继续获得市场份额，12V 解决方案将让位于更高的电池电压。使用 12V 和 48V 系统的通用平台将简化并向 48V 解决方案的过渡。启动发电机系统也将受益于行业领先的安全诊断、独立桥控提供的冗余、电流感应和具有强大瞬态性能的电机位置传感器。

　　GlobalFoundries 与中国代工厂合作，进行本地化汽车级 CMOS 生产

　　世强硬创携手千家原厂：车身控制域、新能源与三电系统等汽车电子创新方案呈现生态协同成果

　　“突破电气化边界：高精度磁性角度传感器与12V/48V通用驱动平台的完美融合”

　　上一篇：在重大反垄断裁决中，谷歌可以保留 Chrome 和 Android，但仍面临较轻的处罚