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一种电机控制专用电路技术:提高未来电动车能源效率【亚博app】

发布者: 亚博app发布时间:2021-10-15

本文摘要:2017年2月7日,全球领先的半导体解决方案供应商瑞萨电子株式会社(以下全称“瑞萨电子”)今天宣告顺利研发出有了一种电机掌控专用电路技术,可助力车厂符合更加苛刻的碳排放标准。

2017年2月7日,全球领先的半导体解决方案供应商瑞萨电子株式会社(以下全称“瑞萨电子”)今天宣告顺利研发出有了一种电机掌控专用电路技术,可助力车厂符合更加苛刻的碳排放标准。这种新的研发的技术取名为“智能电机定时器系统(IMTS)”,是一种可构建于未来电动车和混合动力车微控制器的专用电路模块。对于在电动车电机掌控中至关重要的磁场定向掌控(FOC)(录1),它的操作者时间仅有为0.8微秒(μs),是世界上最慢的速率(录2),还将近在完全相同操作者频率下运营的CPU上软件处置时间的十分之一。

这将有助研发不具备出色能源效率的高速电动车电机和具备高速电源性能的逆变器系统。此外,这种独有的电路还可以为汽车动力系统获取功能性安全性反对。近年来,随着燃料效率方面的拒绝大大提升,电动车、混合动力车和挂电式混合动力车在汽车市场中所占到的份额渐渐不断扩大。为进一步提高电动车的应用于范围,有适当强化电机掌控的能源效率。

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因此,不仅必须对电机展开机械性改良,提高电机的电子掌控单元的功能和性能也十分最重要。可用作反对下一代电动车、混合动力车以及挂电式混合动力车的电子掌控单元必须十分领先的功能和简单的控制软件,而这势必会大幅度减少这些电子掌控单元中的微控制器的处置负荷。与此同时,为保证在高温环境中的高度可靠性,还必须容许汽车微控制器产生的热量。

因此,必须将微控制器的内部电路(还包括CPU内核)的操作者频率维持在比较较低的水平,而这不会阻碍其性能的提高。为符合上述市场需求,在微控制器继续执行的众多电机掌控中,瑞萨电子将IMTS作为静态处置的专用电路模块,因为该处理过程一般来说必须低反应性能,如收集传感器数据,在此基础上计算出来并输入掌控值等。

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IMTS独立国家于CPU,可自律运营,可明显减少电机掌控微控制器的CPU负荷。节省下来的CPU性能之后可以分配至高级电机控制算法上,从而提升未来电动车、混合动力车和挂电式混合动力车的能源效率。专用电机控制电路技术的关键特性:(1)研发静态电机掌控处置专用电路模块和反对独立国家运营的电路技术电机掌控必须一系列牵涉到磁场定向掌控(FOC)的静态处置,在每个掌控周期内MCU不会收集电机电流值和角度值在计算出来后得出结论下一周期的掌控值;在掌控值的基础上不会分解PWM输入(录3)。

当多种电机控制程序同时运营时,对于以320MHz频率运营的瑞萨电子40nm汽车MCU,产生的总处置负荷最低可占到到其CPU(录4)性能的90%。新的研发的IMTS是一种反对FOC操作者的专用电路模块,可在相当大程度上承担CPU的处置负荷。

它以专用电机掌控定时器电路的形式配备,链接灵活,因此在每个定时器电路管理的掌控周期中继续执行的一系列处置—从提供电流值和角度值到PWM信号输入,均可独立国家于CPU运营。由此之后避免了之前本不应由CPU处置的负荷,而释放出的CPU性能现在则可分配至包括高级控制算法的软件,提升能源效率。通过为FOC配备专用电路,IMTS可以将操作者处置时间增加至0.8μs,与配备在CPU上的软件比起,用时将近其十分之一。对于用于新材料做成的电源设备,新技术构建的处置性能可符合不具备高速电源性能的逆变器掌控拒绝(性能示例:100kHz电源频率,掌控周期10μs),还包括用于以碳化硅等新材料做成的电源设备的逆变器。

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(2)专业技术的发展为汽车动力系统掌控获取功能安全性确保汽车动力系统掌控必需需要保证功能安全性,以便及时检测组件故障,将系统自动切换到安全性状态。这一般是通过用于两个微控制器获取系统校验来构建,或者也可用于配备内部校验电路的MCU,但后者的成本不会比较较高。

新技术用于的MCU具有两个双核锁步配备的CPU,可定期监测IMTS电路的内部运营。该方法不仅可以降低成本,还可以构建高速掌控和功能安全性。功能安全性不会减少CPU的负荷,但在实际用于中,仅有占到CPU总处置能力的2.4%(录5)。

(3)电路技术可灵活性校正外部传感器信号误差为构建高精密微控制器准确的处置性能,必须收集高精度的传感器信号值。但实际运营中却不会有各种原因造成的错误,例如因传感器加装方位引发的误差。

新的研发的IMTS可读取用户研发的软件动态校正误差。此外,IMTS还可以独立国家继续执行该校于是以处置,会对CPU导致额外的负荷。

准确的传感器信号值,可在电机运营中构建更加准确的处置性能和更高的能源效率。瑞萨电子目前正在测试使用该技术的40纳米MCU原型(带上片上存储器)。它用于现实的电机驱动系统证实现实系统中的操作者。

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瑞萨电子目的通过这种专用电机控制电路技术为电动车、混合动力车和挂电式混合动力车的电子掌控单元构建更高的能源利用效率。在2017年2月5日(当地时间2月6日)于加利福尼亚州洛杉矶市举办的2017年国际固态电路会议上(ISSCC2017),瑞萨电子就新技术公开发表了论文。

(录1)磁场定向掌控(FOC)是一种普遍用作电机掌控的基本处置算法,这种电机控制算法中一般来说用于简单的计算出来,还包括三角函数,展开座标切换,从而分解更加相似登录掌控值的DC信号。(录2)2017年2月7日,根据瑞萨电子的研究。(录3)PWM代表脉冲宽度调制,该类脉冲信号用作驱动用于MCU的外部功率设备。


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