電動(dòng)汽車和自動(dòng)駕駛是目前業(yè)內(nèi)最熱的兩大話題。隨著這兩類技術(shù)的快速發(fā)展，我們也碰到諸如隔離設(shè)計(jì)、電流檢測(cè)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及電池性能和自放電測(cè)試的各種挑戰(zhàn)。在日前由ASPENCORE旗下《電子工程專輯》、《國(guó)際電子商情》和《電子技術(shù)設(shè)計(jì)》共同舉辦的汽車電子論壇上，來(lái)自是德科技、伊莎貝棱輝特、華邦電子、Silicon Labs、美光、艾德克斯和博通等七家公司的技術(shù)專家為我們分享了這兩大熱點(diǎn)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)，并針對(duì)上述挑戰(zhàn)詳述了最新的創(chuàng)新解決方案。本文將針對(duì)其中與汽車電子相關(guān)的內(nèi)容劃個(gè)重點(diǎn)。

是德科技：創(chuàng)新電池性能和自放電測(cè)試

是德科技大中華區(qū)電源產(chǎn)品渠道經(jīng)理萬(wàn)峻琿在其“快充和無(wú)線充電效率測(cè)試及電池性能的深層分析”主題中，介紹了功耗、快速充電、無(wú)線充電效率以及電池自放電等方面的測(cè)試。他介紹，是德科技去年收購(gòu)了德國(guó)一家公司Scienlab，獲得了新能源汽車的整體測(cè)試測(cè)量解決方案。

在談到汽車電子，他指出，供應(yīng)商需要滿足車廠標(biāo)準(zhǔn)，比如VW80000，因?yàn)橐龅?、拋?fù)載試驗(yàn)，波形很奇怪，傳統(tǒng)直流電源沒(méi)辦法達(dá)到要求，因此需要用到大功率任意波形發(fā)生器，借助這樣的電源可滿足各種汽車電子測(cè)試測(cè)量要求。

同時(shí)他提到，除了鋰電池，目前新能源汽車領(lǐng)域還有燃料電池比較火，可以解決鋰電池目前的一個(gè)瓶頸，即電池回收問(wèn)題。燃料電池環(huán)保，但是成本相對(duì)高。

電池本身的內(nèi)阻是影響電池快充的一個(gè)關(guān)鍵。同時(shí)，不同電池或不同廠家對(duì)電池充電的要求也不一樣。DCR在整個(gè)充電過(guò)程中并不是恒定值。因此，在看電池指標(biāo)的時(shí)候，關(guān)注的往往不是容量或標(biāo)稱電壓，更應(yīng)該關(guān)注的是DCR是多少，怎么變化，以及溫度的影響怎樣，這樣才能實(shí)現(xiàn)快充并把它發(fā)揮到極致?？斐渫ǔＯＭ妷哼_(dá)到上限以下時(shí)容量很大。比如充到4.2V的上限值，那就希望充到4.1V能達(dá)到90%，這樣才能實(shí)現(xiàn)電池快充。另外，溫度對(duì)電池充放電的影響也很明顯。

他指出，是德目前最創(chuàng)新的解決方案是電池性能和自放電測(cè)試。

電池性能測(cè)試需要關(guān)注電池自放電，例如ACR、DCR、容量以及電壓的分布情況、循環(huán)充放電次數(shù)和容量的關(guān)系。

對(duì)于新能源汽車行業(yè)，對(duì)電池測(cè)試是必需的。電池循環(huán)充放電電池壽命驗(yàn)證，以前是采用一臺(tái)源和一臺(tái)負(fù)載，源用于充電，負(fù)載用于放電能量吸收來(lái)實(shí)現(xiàn)。這樣的系統(tǒng)搭建往往沒(méi)有辦法進(jìn)行無(wú)縫切換?，F(xiàn)在有了二合一的設(shè)備，充放電系統(tǒng)搭建非常容易。

另外對(duì)于電池的自放電測(cè)試，是德現(xiàn)在提供了一種比較好的測(cè)試測(cè)量方法。很多時(shí)候我們都要對(duì)電池進(jìn)行匹配。例如，特斯拉電池是通過(guò)多節(jié)18650、21700電池拼起來(lái)的。每一小節(jié)電芯自放電不一致，會(huì)造成使用壽命、安全性大打折扣。那我們?cè)趺慈y(cè)試自放電？

電池廠商傳統(tǒng)的方法，是在某年某月某天，用萬(wàn)用表去讀電池兩端電壓，過(guò)了兩三天或一周再去讀一次，通過(guò)觀察電壓下降的趨勢(shì)，去判斷一批電池是否符合要求，可以出廠。這樣的測(cè)試測(cè)量方法有兩個(gè)弊端，一是直接量測(cè)電壓，自放電電流大小是多少不知道。二是需要很長(zhǎng)時(shí)間，工廠貨期非常長(zhǎng)，而使客戶不滿意。

是德推出了一種創(chuàng)新的自放電測(cè)試方法。這種方法其實(shí)非常簡(jiǎn)單，就是用一個(gè)表去量電芯漏電流是多大?？梢园央姵乜闯蓛蓚€(gè)水杯，一個(gè)注水，另一個(gè)沒(méi)有，兩個(gè)水杯都開(kāi)了一個(gè)小口，代表電芯自放電大小。水杯的高度即電壓，容量等于電容量……EDN之前對(duì)此有過(guò)報(bào)道，詳情請(qǐng)見(jiàn)《電池自放電測(cè)試由一兩個(gè)月縮短到倆小時(shí)：奧秘是什么？》。

伊莎貝棱輝特：采樣電阻與霍爾傳感器對(duì)比

伊莎貝棱輝特惠斯勒公司資深現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工程師錢晨棟分享了“汽車電子中的電流檢測(cè)應(yīng)用”。他介紹說(shuō)，伊莎貝棱輝特是一家德國(guó)的被動(dòng)元器件公司，由伊莎貝拉公主的后代所傳承。

現(xiàn)在在消費(fèi)類、工業(yè)以及汽車領(lǐng)域，產(chǎn)品都非常多樣化。但是萬(wàn)變不離其宗，電流采樣對(duì)于電機(jī)驅(qū)動(dòng)來(lái)說(shuō)起著核心作用。電流檢測(cè)電阻是一種超低阻值電阻，是電阻大類的一個(gè)分支。從功能上說(shuō)，可以把它列為一種電流傳感器或分流器（shunt）。從上世紀(jì)電子元器件的發(fā)明開(kāi)始就一直存在，不過(guò)最初由于工藝水平的原因，應(yīng)用受到限制。

伊莎貝棱輝特的電流檢測(cè)電阻采用鎳銅合金（灰色金）制造，非常適合制作阻值非常低（毫歐級(jí)、微毫歐級(jí)）的電阻。這類電阻在電動(dòng)汽車中應(yīng)用廣泛，如EPS、EPB等，只要涉及電機(jī)驅(qū)動(dòng)的部分都可以使用采樣電阻。

例如，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）經(jīng)歷了從機(jī)械液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（HPS）到電子液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EHPS）到EPS的發(fā)展。它通過(guò)電機(jī)取代原先的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，反饋給ECU，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)電機(jī)。

下圖是采用了0.5mΩ采樣電阻的EPS驅(qū)動(dòng)板。

另外一種應(yīng)用是自動(dòng)變速箱（TCU）的控制單元。它通過(guò)各種閥門、繼電器、位置傳感器等，將采集到的信號(hào)反饋給MCU做處理。

以下是某德國(guó)車廠所用雙離合變速器，其中采用了伊莎貝棱輝特的鍍金端子產(chǎn)品?！八捎昧艘环N綁定和倒裝焊的工藝，能夠把TCU模塊做得非常小，放在發(fā)動(dòng)機(jī)的引擎缸里，環(huán)境溫度最高達(dá)到140℃?！卞X工介紹說(shuō)。

EPB（電子駐車）通過(guò)一個(gè)按鈕或開(kāi)關(guān)，替代傳統(tǒng)的手剎方式。它不僅僅是一個(gè)簡(jiǎn)單的剎車制動(dòng)，比如在斜坡上駐車或啟動(dòng)時(shí)，通過(guò)EPB方式就不會(huì)溜車。如何實(shí)現(xiàn)的呢？它里面實(shí)際上是有一個(gè)直流電機(jī)，在斜坡上加速啟動(dòng)的時(shí)候，MCU通過(guò)位移傳感器去計(jì)算油門的驅(qū)動(dòng)力，去和電機(jī)（通常是BLDC）的驅(qū)動(dòng)力做比較。

然后是汽車空調(diào)，它和家用空調(diào)沒(méi)有太大區(qū)別，但是是安裝在汽車?yán)?，要考慮動(dòng)力和安裝空間等問(wèn)題。采樣電阻在空調(diào)系統(tǒng)中應(yīng)用也很廣泛，其PWM調(diào)制解調(diào)IC會(huì)接一個(gè)2mΩ或3mΩ采樣電阻，反饋三相電機(jī)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)無(wú)極變頻模式。

汽車?yán)锏牟蓸与娮?，范圍一般?0A到60幾A。

另外，對(duì)于BMS（電池管理系統(tǒng)），近兩年非常火爆。BMS包括電機(jī)、電池和電控三個(gè)部分，合稱三電，它是新能源汽車的核心。

BMS從最早的12V到隨后的24V、48V再到高壓，以及啟停系統(tǒng)。DC-DC轉(zhuǎn)換器、逆變器、車載充電器等都會(huì)通過(guò)采樣電阻去檢測(cè)電流。

BMS的電流采樣還有另外一種器件：霍爾傳感器。這種器件是磁性元件，比采樣電阻更早出現(xiàn)，材料工藝相對(duì)采樣電阻沒(méi)有那么高。

采樣電阻的優(yōu)勢(shì)是尺寸小、噪聲小、線性度好、溫漂系數(shù)低、分辨率低、成本低等。但它也有劣勢(shì)是它上電有功耗——用霍爾傳感器沒(méi)有功率損耗。另外，霍爾傳感器直接解決

隨著B(niǎo)MS SoC對(duì)精度的要求越來(lái)越高，電流傳感器的動(dòng)態(tài)范圍也得到重視。對(duì)于高動(dòng)態(tài)范圍電流采樣，用開(kāi)環(huán)的霍爾傳感器就無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

華邦：串口NAND Flash完勝串口NOR

華邦電子閃存產(chǎn)品企劃經(jīng)理黃信偉（Wilson）分享了“專為車用存儲(chǔ)需求的高速低成本串口NAND方案”。他指出，摩爾定律可能在未來(lái)幾年內(nèi)被終結(jié)掉，如果套用在存儲(chǔ)器領(lǐng)域，也是有這個(gè)趨勢(shì)。1986年Intel發(fā)明了第一顆1.5μm的NOR Flash，到2008年演進(jìn)到45nm的Flash，然而再往后，沒(méi)有進(jìn)一步地微縮。

NOR Flash是一種比較可靠的存儲(chǔ)器解決方案，適合存小容量代碼。NAND Flash在傳統(tǒng)上被視為不那么完美，需要進(jìn)行管理。目前所有的電子產(chǎn)品越來(lái)越復(fù)雜和強(qiáng)大，NOR需要更大容量的存儲(chǔ)，但是它的工藝不會(huì)再微縮，所以大容量的成本高。而NAND工藝會(huì)持續(xù)微縮，從之前的40幾nm到30幾、20幾、10幾nm都已量產(chǎn)。因此在大容量存儲(chǔ)上，NAND Flash成為主流選擇，在可靠性上也可以和NOR比拼。

黃經(jīng)理從成本考慮、質(zhì)量角度、讀取速度和寫入速度幾個(gè)方面，對(duì)串口NAND和串口NOR進(jìn)行了比較，并解釋了“串口NAND需要額外控制器做壞塊管理或ECC嗎？”的問(wèn)題。

從成本上看，NOR先天上比NAND大一倍，相同容量上成本比NAND貴。

從質(zhì)量上看，在半導(dǎo)體存儲(chǔ)器里，保存的電子數(shù)越多，數(shù)據(jù)保存越久。華邦46nm的SLC NAND在擦寫1000次后，在85℃下可以保存10年，和傳統(tǒng)的NOR性能可比。

從功能上看，首先是讀取速度。拿自家產(chǎn)品作對(duì)比，華邦的STR NOR時(shí)脈可以到133MHz，DTR可到80MHz，整體讀取速度可達(dá)到80MB/s。市面上一般的NAND，時(shí)脈只能達(dá)到104MHz，達(dá)不到前者的速度，但是華邦電子發(fā)布了一款全新的串口NAND，其STR NOR時(shí)脈可以到166MHz，DTR可以到83MHz，整體讀取速度可達(dá)到83MB/s。這對(duì)于車載應(yīng)用非?？炝?，從使用者體驗(yàn)來(lái)看，是款非常不錯(cuò)的解決方案。

那這是怎么實(shí)現(xiàn)的？華邦獨(dú)有的讀取功能，可以讓數(shù)據(jù)一直讀取，而省掉了中間的讀取命令。市面上沒(méi)有這個(gè)功能的串口NAND，讀取速度只能達(dá)20MB/s；并口NAND（可以16個(gè)IO并行操作）的速度會(huì)快點(diǎn)，但也不超過(guò)30MB/s。華邦第一代串口NAND在時(shí)脈速度在104MHz的時(shí)候可以達(dá)到52MB/s。還不夠用？華邦又有開(kāi)發(fā)了第二代全新的專為高速而生的產(chǎn)品，速度達(dá)83MB/s，可以給用戶兩種選擇。83MB/s如果還不夠用，華邦還提供了一種創(chuàng)新解決方案，即將兩個(gè)83MB/s放在同一個(gè)封裝上，就可以達(dá)到2*83MB/s=166MB/s。

然后是寫入速度，串口NAND比串口NOR高很多，寫入快至少10倍，擦除快至少100倍。更直觀的來(lái)看，同樣寫1Gb數(shù)據(jù)，NOR大約需400s，NAND耗時(shí)只有一點(diǎn)點(diǎn)。串口NAND在寫入速度上具有非常大的優(yōu)勢(shì)，可節(jié)省pcb燒錄時(shí)間（提高生產(chǎn)線效率）和實(shí)現(xiàn)快速在線更新。

串口NAND（被視為不完美的傳感器）需要額外的控制器去做壞塊管理或ECC嗎？請(qǐng)見(jiàn)下圖。

最后他強(qiáng)調(diào)說(shuō)，華邦的車規(guī)產(chǎn)品在出廠的時(shí)候是零壞塊出廠，不會(huì)麻煩客戶去處理壞塊管理的問(wèn)題。16nm是種穩(wěn)定的工藝，在幾千次的擦寫狀況下，不需要做壞塊管理。

Silicon Labs：電容耦合隔離的優(yōu)勢(shì)

Silicon Labs高級(jí)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工程師趙偉分享的主題是“應(yīng)用于電動(dòng)汽車的高速率多通道隔離技術(shù)方案”。他介紹說(shuō)，市面上常見(jiàn)的隔離技術(shù)有三種：電容耦合、磁耦（電感和變壓器）和光耦。隔離是為了實(shí)現(xiàn)安全性（高低壓之間）、參考地區(qū)分，以及不同的電流回路，而起到抑制噪聲的作用。

電容隔離的信號(hào)傳輸快，EMI性能好，不會(huì)有輻射信號(hào)，共模瞬態(tài)抑制比做得好。此外，其隔離柵材料通常為SiO2，隔離產(chǎn)品的可靠性和穩(wěn)定性可以保證。磁耦產(chǎn)品的EMI性能相對(duì)差。光耦有光衰，會(huì)受溫度和電壓影響。

Silicon Labs的隔離技術(shù)是電容式隔離，一顆隔離產(chǎn)品里包含兩個(gè)die，原副邊各有一對(duì)高壓電容器，中間通過(guò)金線綁定起來(lái)。信號(hào)傳輸采用OOK調(diào)制解調(diào)，采用已認(rèn)證的SiO2材料，絕緣強(qiáng)度可達(dá)500V/μm，不需要用到厚的SiO2層，可節(jié)省成本。Silicon Labs的隔離產(chǎn)品原副邊之間有12根綁定線，差分信號(hào)可以保證信號(hào)質(zhì)量。

針對(duì)隔離材料，該公司做了TDDB試驗(yàn)，去驗(yàn)證材料的長(zhǎng)期使用可靠性。對(duì)于5kV的產(chǎn)品，在施加1kV電壓情況下，隔離柵的使用壽命可以達(dá)到100年。

市場(chǎng)上推動(dòng)隔離產(chǎn)品增長(zhǎng)的趨勢(shì)包括：綠色能源的需求，電源效率的要求，政府頒布新的排放標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于新能源領(lǐng)域，不管是全電動(dòng)/混動(dòng)車還是太陽(yáng)能逆變器，都需要用到隔離產(chǎn)品。伴隨這些產(chǎn)品的需求，隔離產(chǎn)品也得到進(jìn)一步的發(fā)展。

再看汽車電氣化的趨勢(shì)。在過(guò)去的2016、2017年，全球電動(dòng)汽車銷量增長(zhǎng)超過(guò)50%；在德國(guó)，有近2%的新車是新能源汽車，其中全電動(dòng)車的增長(zhǎng)達(dá)137%。預(yù)計(jì)到2020年，全球電動(dòng)+混動(dòng)車出貨量將達(dá)到1300萬(wàn)到2000萬(wàn)輛。同時(shí)，全球許多國(guó)家都提出了結(jié)束內(nèi)燃機(jī)車銷售的時(shí)間，新能源車前景光明。

對(duì)于傳統(tǒng)的燃油車，隨著我國(guó)的排放標(biāo)準(zhǔn)越來(lái)越高，現(xiàn)在市面上的傳統(tǒng)燃油車沒(méi)法達(dá)到要求，現(xiàn)在車廠也在想辦法，提出了48V輕混概念，來(lái)實(shí)現(xiàn)啟停、轉(zhuǎn)向等功能。

在這個(gè)48V系統(tǒng)中，需要進(jìn)行高壓隔離，例如12V/48V、5V/48V等。

針對(duì)汽車應(yīng)用，隔離產(chǎn)品的挑戰(zhàn)如下：

Silicon labs有幾大類隔離產(chǎn)品（如下）。其中，數(shù)字隔離器的特點(diǎn)是集成度高，提供從單通道到6通道的隔離產(chǎn)品，一顆芯片就可以做SPI、I2C、485或CAN等隔離，例如6通道產(chǎn)品可同時(shí)實(shí)現(xiàn)SPI和CAN的隔離。隔離柵極驅(qū)動(dòng)器可應(yīng)用于變頻器、伺服系統(tǒng)等應(yīng)用。Silicon Labs這類產(chǎn)品非常完整，從MOSFET、IGBT、GaN和SiC，都有相應(yīng)產(chǎn)品來(lái)支持。隔離ADC可以直接采樣系統(tǒng)中的電壓、電流。其芯片里集成了一個(gè)ADC，可直接把數(shù)字信號(hào)傳給處理器。隔離運(yùn)放可采集系統(tǒng)的電壓、電流，并將它放大，傳到后端的MCU、FPGA等做處理。

美光：存儲(chǔ)器成為限制自動(dòng)駕駛發(fā)展的瓶頸

美光科技汽車系統(tǒng)架構(gòu)高級(jí)總監(jiān)Robert Bielby探討了“自動(dòng)駕駛領(lǐng)域的云存儲(chǔ)和本地內(nèi)容存儲(chǔ)”話題。他指出，未來(lái)代碼數(shù)量最多的嵌入式應(yīng)用不是Facebook，不是Windows，不是747，而是汽車。汽車代碼在未來(lái)10年將達(dá)到3億行。這么多的代碼就需要有存儲(chǔ)器來(lái)支撐。另外，隨著自動(dòng)駕駛技術(shù)的發(fā)展，存儲(chǔ)器也將從汽車后座轉(zhuǎn)移到前座。

目前業(yè)內(nèi)的兩個(gè)熱點(diǎn)話題是自動(dòng)駕駛汽車和人工智能（AI）。AI需要用到最高的性能，達(dá)到數(shù)TFLOPS的算力。AI也會(huì)在自動(dòng)駕駛上應(yīng)用，為了達(dá)到這樣的算力，就需要提供大量存儲(chǔ)器帶寬。然而，存儲(chǔ)器的發(fā)展目前還跟不上處理性能的發(fā)展，成為了實(shí)現(xiàn)某些功能的瓶頸。

自動(dòng)駕駛系統(tǒng)需要由眾多元素協(xié)力來(lái)實(shí)現(xiàn)，如操作系統(tǒng)、包括激光雷達(dá)、雷達(dá)、超聲波、攝像頭等在內(nèi)的眾多的傳感器，并結(jié)合AI實(shí)現(xiàn)對(duì)象分析，針對(duì)交通擁堵等狀況做出決策。計(jì)算機(jī)硬件好比車輪上的數(shù)據(jù)中心，會(huì)用到世界上最先進(jìn)的計(jì)算性能。以前是PC推動(dòng)存儲(chǔ)器發(fā)展，之后變成智能手機(jī)推動(dòng)，而現(xiàn)在則變成了汽車在推動(dòng)。汽車中存儲(chǔ)的地圖，分辨率將朝cm級(jí)發(fā)展。此外還有駕駛控制、啟動(dòng)等，是它們的共同作用才能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)駕駛。

自動(dòng)駕駛技術(shù)也將對(duì)我們的生活產(chǎn)生重要影響，例如舒緩交通擁堵，降低事故發(fā)生。自動(dòng)駕駛汽車能夠比人類“看得”更遠(yuǎn)更清，并能夠?qū)崿F(xiàn)360度全向監(jiān)控。自動(dòng)駕駛還有一個(gè)需要長(zhǎng)期演進(jìn)的是機(jī)器學(xué)習(xí)，即進(jìn)行訓(xùn)練，需要提供大量數(shù)據(jù)。

我們需要采用GPS地圖來(lái)導(dǎo)航。但是對(duì)于下雪天的場(chǎng)景，激光雷達(dá)和攝像頭可能不奏效，因此我們也需要使用地圖來(lái)看清車道。3D地圖可以提供精確定位。此外，我們還有很多新的技術(shù)正在研發(fā)中。

市場(chǎng)上研究全自動(dòng)駕駛有幾種不同策略。他介紹說(shuō)，特斯拉所采用的實(shí)時(shí)道路規(guī)劃是主流技術(shù)。這種技術(shù)嚴(yán)重依賴于攝像頭去創(chuàng)建3D地圖，外加GPS。另一種技術(shù)是用攝像頭對(duì)齊HD地圖加實(shí)時(shí)道路規(guī)劃，這是Waymo所采用的技術(shù)。由于地圖存儲(chǔ)在車內(nèi)，因此其視覺(jué)系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)降低。這種技術(shù)，汽車需要每周從云端下載地圖進(jìn)行更新。第三種技術(shù)是使用眾包位置數(shù)據(jù)增強(qiáng)實(shí)時(shí)道路規(guī)劃。Mobileye的道路體驗(yàn)管理（REM）就是這種，通過(guò)他人信息分享來(lái)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航，例如收到前方車主發(fā)來(lái)的突發(fā)事故而重新規(guī)劃路線。

什么是云和霧？云無(wú)需過(guò)多解釋，即遠(yuǎn)程服務(wù)器，可以用來(lái)更新地圖以及算法。霧是指V2V、V2I通信，借此可以實(shí)現(xiàn)信息的實(shí)時(shí)共享，實(shí)現(xiàn)比云更高的即時(shí)性，霧的信息也可分享到云。另外，5G網(wǎng)絡(luò)即將推出，它構(gòu)建在V2X和LTE架構(gòu)之上。

以下是自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的原理圖以及汽車存儲(chǔ)架構(gòu)的演變。

艾德克斯：一臺(tái)電池充放電測(cè)試設(shè)備集成源和負(fù)載兩個(gè)功能

艾德克斯（ITECH）技術(shù)工程師陳文兵分享了該公司的汽車電子測(cè)試解決方案。他介紹說(shuō)，艾德克斯針對(duì)新能源汽車高壓、大功率動(dòng)力電池的充放電測(cè)試提供了一套新的硬件解決方案。以前的電池充放電是采用兩個(gè)硬件回路來(lái)實(shí)現(xiàn)，即充電時(shí)采用一個(gè)電源來(lái)充，放電則通過(guò)一個(gè)電子負(fù)載來(lái)實(shí)現(xiàn)。

這樣就導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的成本非常高昂，尤其是在高壓要達(dá)到1000V甚至1200V的硬件配置，功率做到9600W的情況下。

以前的開(kāi)關(guān)電源將380V市電轉(zhuǎn)成直流電來(lái)進(jìn)行充電。現(xiàn)在的解決方案在此基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化，能夠?qū)崿F(xiàn)電能的雙向傳遞，即在電池包放電的時(shí)候，通過(guò)內(nèi)部回路將DC逆變成AC，回饋到電網(wǎng)，這樣可以可大幅節(jié)省測(cè)試成本。而且對(duì)于測(cè)試環(huán)境來(lái)說(shuō)，由于現(xiàn)在的動(dòng)力電池包太大，導(dǎo)致房間溫度太熱，散熱難處理；這么大的功率也浪費(fèi)電，而采用回饋式方案，則可以將電逆變成380VAC，用于其他設(shè)備供電。此外，它的效率也得到提高，達(dá)到了80%~90%的效率，最高電壓做到了2250V，功率可以做到920kW，可根據(jù)客戶的實(shí)際需求來(lái)配置充電和放電等。

另外，常規(guī)的電流/電壓采樣大概能做到1ms左右。ITECH和一所學(xué)校進(jìn)行充放電合作，學(xué)校要求做到微秒級(jí)的采樣，用于脈沖式的充放電，先用大電流充電，一段時(shí)間后切換到短暫的放電，從而提高充電效率。目前的產(chǎn)品可以做到硬件4μs采樣，而滿足這種高速采樣需求。此外，通過(guò)將設(shè)備并聯(lián)，還可以擴(kuò)展到更大功率。

新能源車的發(fā)展離不開(kāi)充電樁，可以采用家用220V插座給車載充電器供電，間接起到慢充的作用。對(duì)于交流樁，每輛車都必不可少會(huì)有一個(gè)AC/DC車載充電器（OBC），以及一個(gè)DC/DC，將電池電壓轉(zhuǎn)換成12V電平給低壓設(shè)備充電，這兩個(gè)設(shè)備必不可少。不管是整車廠還是OBC供應(yīng)商，電性能測(cè)試必不可少，例如輸入輸出效率、紋波噪聲、供電范圍等。例如在工業(yè)園區(qū)充電，在早晨或夜里，電壓會(huì)偏高。充電會(huì)充8個(gè)小時(shí)以上，在這種電壓波動(dòng)的嚴(yán)苛環(huán)境下，要保證充電器正常工作，就需要一套這樣的系統(tǒng)。

對(duì)于整車廠比較關(guān)心的指標(biāo)，比如整車充電效率、充電時(shí)間、紋波噪聲等，需要怎樣實(shí)現(xiàn)測(cè)量？對(duì)于車載充電器測(cè)試，老板肯定是希望能用手里有限的資金來(lái)實(shí)現(xiàn)更多、更完善的測(cè)試?？梢园褍商紫到y(tǒng)合二為一來(lái)解決問(wèn)題，例如將示波器和功率分析儀共用，將高壓電源和電子負(fù)載合二為一。

博通：光耦適合汽車中的哪些隔離應(yīng)用？

博通公司隔離產(chǎn)品事業(yè)部產(chǎn)品經(jīng)理陳紅雷分享了“光耦助力提升電動(dòng)汽車充電方案”。他介紹說(shuō)，博通今天的光耦產(chǎn)品線來(lái)自惠普時(shí)代。雖然公司經(jīng)歷多次變更，但這條生產(chǎn)線在持續(xù)不斷地進(jìn)行研發(fā)投入和開(kāi)發(fā)跟進(jìn)，未受公司的變更影響。博通的光耦產(chǎn)品在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域有著非常好的可靠性。

其產(chǎn)品分類包括數(shù)字光耦、柵極驅(qū)動(dòng)和隔離運(yùn)放等幾大類。市場(chǎng)包括工業(yè)、汽車、飛機(jī)、導(dǎo)彈、衛(wèi)星和民用，產(chǎn)品本身非常豐富，覆蓋領(lǐng)域也非常廣。

光耦由LED、隔離介質(zhì)和和感光器件組成，用來(lái)實(shí)現(xiàn)電氣隔離但信號(hào)可以溝通。它有很多不同封裝形式，以滿足市場(chǎng)對(duì)爬電距離、電氣間隙和工作電壓等的要求。

下面是個(gè)簡(jiǎn)單的應(yīng)用場(chǎng)景。對(duì)于AC/DC電源轉(zhuǎn)換，能量傳輸采用變壓器進(jìn)行隔離，信號(hào)系統(tǒng)隔離則是通過(guò)線性光耦，將輸出信號(hào)反饋到PWM控制器。

光耦的工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，例如電源、醫(yī)療、新能源、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)、工廠自動(dòng)化和機(jī)器人。在汽車領(lǐng)域則有兩個(gè)新興發(fā)展市場(chǎng)，電動(dòng)汽車和汽車充電樁。

汽車中哪些光耦適用？

電池是電動(dòng)汽車的動(dòng)力源，然后是電池充電器，以及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、模擬系統(tǒng)的反饋等等。不同的功能對(duì)應(yīng)不同的型號(hào)，比如柵極驅(qū)動(dòng)（IGBT或MOSFET）、電流檢測(cè)、電壓檢測(cè)以及數(shù)字光耦等。

IGBT模塊可將前端電壓信號(hào)通過(guò)ADC轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，再通過(guò)隔離運(yùn)放傳送到另外一邊，而實(shí)現(xiàn)隔離和精確的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。此外IGBT模塊中具有一個(gè)NTC，用來(lái)檢測(cè)模塊溫度，這個(gè)信號(hào)也可以采用光耦來(lái)傳送。

數(shù)字光耦功能比較簡(jiǎn)單，用于傳送邏輯信號(hào)。根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景的不同，可選擇高中低速器件。

充電樁的功能是從電網(wǎng)取電并整流給汽車充電。實(shí)現(xiàn)方案很多，都有用到光耦方案。

車載充電器本身則受車體積的限制，能量密度相當(dāng)?shù)母?。要想在車?yán)锇岩妗㈦姵?、充電器等塞進(jìn)去非常困難。一般車載充電器功率在6~10kW之間，容量有限，要想把電池充滿需要隔夜沖。

它的好處是隨時(shí)可以找到交流電來(lái)充電，缺點(diǎn)供電能力有限，所用器件需要選用車規(guī)，相對(duì)昂貴。

直流充電樁或外置充電樁屬于基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備，功率可以很大，如100kW，200kW，充電時(shí)間可以大幅縮短。另外，工業(yè)級(jí)的器件可以直接使用。

業(yè)界追求的充電時(shí)間是5到15分鐘就可充滿，或可充到80%左右，提供很好的續(xù)航里程。

下圖是直流充電樁內(nèi)部的功能模塊。在電源轉(zhuǎn)換的過(guò)程中，我們需要保證MCU、HMI有足夠的安全，即符合增強(qiáng)型絕緣。

博通智能驅(qū)動(dòng)型光耦的發(fā)展方向是驅(qū)動(dòng)能力大、驅(qū)動(dòng)快，以及保護(hù)功能更多。

此外，博通和許多業(yè)內(nèi)公司合作開(kāi)發(fā)了demo板，例如3300V/1700A的參考設(shè)計(jì)在網(wǎng)上提供。除了參考設(shè)計(jì)，以及在線演講和視頻資料，博通的網(wǎng)站上還提供有其他設(shè)計(jì)工具，例如Spice模型、IGBT電流檢測(cè)、電流計(jì)算公式、功率和熱等計(jì)算。