系統集成式32位微控制器用于HV/EV電機控制

近幾年混合動(dòng)力汽車(chē)（HV）和電動(dòng)汽車(chē)（EV）市場(chǎng)經(jīng)歷了迅速增長(cháng)，預計未來(lái)隨著(zhù)環(huán)境問(wèn)題和原油價(jià)格的不斷上漲將進(jìn)一步增長(cháng)。而普及節能汽車(chē)、促進(jìn)駕駛生態(tài)化需在改善電機運行、降低能耗和降低系統成本方面進(jìn)行革新。此外，藝術(shù)元素和游戲般的感覺(jué)也使環(huán)保駕駛技能增加到指示功能當中。越來(lái)越多的設備可以顯示汽車(chē)內部與周?chē)那闆r，例如儀表板顯示器、中央顯示器和抬頭顯示器。這些顯示設備需要通過(guò)高清晰度的圖像來(lái)直觀(guān)地向駕駛員傳達汽車(chē)及其周?chē)闆r。

在這個(gè)意義上講，我們正處在這樣一個(gè)時(shí)代——消費者在根據駕駛控制和駕駛輔助功能兩個(gè)方面來(lái)選擇他們的汽車(chē)。為了滿(mǎn)足這一要求，富士通半導體推出了用于HV/EV電機控制的32位微控制器MB91580系列，以及用于駕駛輔助顯示控制的系統LSI MB86R11。我們不妨來(lái)看看兩款器件到底有哪些具體功能和特點(diǎn)，又在汽車(chē)中發(fā)揮怎樣的作用。

MB91580的驅動(dòng)電機控制優(yōu)勢

MB91580系列是富士通半導體緊跟市場(chǎng)需求推出的節能汽車(chē)驅動(dòng)電機控制芯片。作為高性能32位閃存嵌入微控制器（MCU）的FR家族成員，該系列產(chǎn)品可廣泛應用于電動(dòng)汽車(chē)和混合動(dòng)力汽車(chē)的驅動(dòng)電機控制功能。
該系列擁有專(zhuān)用嵌入旋轉變壓器感應器接口，能夠開(kāi)拓性地控制EV和HV中使用的三相電機，實(shí)現EV/HV驅動(dòng)電機必須的高轉矩響應控制過(guò)程達到改善電機運行和降低能耗的目的。

此外，適于高轉矩響應控制過(guò)程的內置外設功能，既可降低系統成本，又可實(shí)現高速反饋控制。高精度檢測電流和電機位置的12位A/D轉換器和R/D轉換器可檢測電角度，與檢測三相電流的A/D轉換器同步。

集成在160DMIPS高性能CPU內的專(zhuān)用浮點(diǎn)運算單元（FPU）利用內置外設功能生成的信息處理向量轉換和PID控制運算。該特性通過(guò)實(shí)現進(jìn)一步快速反饋控制，有助于改善電機運行和降低能耗。此外，通過(guò)抑制與電機控制有關(guān)的CPU負載，可對系統而不是功率電機（DC/DC轉換器和電池管理等）進(jìn)行控制，這有利于通過(guò)系統集成消減整體成本。

MB86R11的圖像顯示優(yōu)勢

圖1：富士通的主動(dòng)綠色貢獻

混合動(dòng)力汽車(chē)和電動(dòng)汽車(chē)有以下三大創(chuàng )新：第一是電子控制單元（ECU）的創(chuàng )新，以改善混合動(dòng)力汽車(chē)和電動(dòng)汽車(chē)電動(dòng)機產(chǎn)生的機車(chē)性能。使用ECU可以改善電機的可控性，同時(shí)不改變當前的硬件，包括電機和逆變器。第二個(gè)創(chuàng )新是通過(guò)整體優(yōu)化方法，包括系統的重新配置大幅降低系統成本。第三個(gè)創(chuàng )新是改善逆變器模塊，使其能夠進(jìn)一步滿(mǎn)足電力和節能要求，采用超越目前IGBT損耗特性的元件大幅提高能源利用效率。

為了幫助客戶(hù)實(shí)現創(chuàng )新，富士通不斷開(kāi)發(fā)以L(fǎng)SI和軟件為重點(diǎn)的產(chǎn)品，及時(shí)提供各種解決方案。圖2是推動(dòng)混合動(dòng)力汽車(chē)和電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)一步發(fā)展的三大創(chuàng )新。

圖2：混合動(dòng)力車(chē)和電動(dòng)車(chē)發(fā)展的三大創(chuàng )新

ECU創(chuàng )新

滿(mǎn)足混合動(dòng)力汽車(chē)和電動(dòng)汽車(chē)的高轉矩響應需要環(huán)路控制來(lái)精確檢測電機工作條件，并計算高速反饋信息的控制水平。具有內置R/D轉換器的MB91580系列微控制器就是一個(gè)滿(mǎn)足ECU創(chuàng )新的解決方案。其重點(diǎn)是實(shí)現有效的環(huán)路控制。例如，MB91580系列的內置12位A/D轉換器和R/D轉換器可以高速度和精度高檢測電機的電流和位置，在如圖3所示。旋轉變壓器（resolver）的電角度是通過(guò)R/D轉換器計算的，可以將特殊功能寄存器與A/D轉換器檢測到的三相電流同步鎖定。電角度的SIN（正弦）和COS（余弦）值也可用單精度浮點(diǎn)數格式（IEE754標準）進(jìn)行自動(dòng)計算。與采用傳統自定義格式的固定點(diǎn)方法相比，這將提高10％至15％的計算速度。

圖3：電機控制算法

成本創(chuàng )新

混合動(dòng)力汽車(chē)和電動(dòng)汽車(chē)普及的關(guān)鍵之一是降低成本。通過(guò)系統集成就可能做到這一點(diǎn)。圖4和5是通過(guò)電池管理ECU和DC-DC控制ECU的系統集成實(shí)現的創(chuàng )新框圖。

圖4：整合系統功能以降低成本：BMS集成

圖5：系統功能集成以降低成本：DC-DC集成

這些集成可以通過(guò)在微控制器中集成ECU控制與電機控制來(lái)實(shí)現。如前所述，富士通的MCU可以通過(guò)電機控制抑制CPU負載率，因此它可以同時(shí)進(jìn)行電池管理控制和DC-DC控制。

節能創(chuàng )新

在駕駛輔助方面，MB86R11可以實(shí)現被動(dòng)綠色（Passive Green）功能，幫助駕駛者體驗挑戰油耗的綠色生活理念。駕駛者可以利用指示功能檢查如何實(shí)現生態(tài)駕駛（Eco-Driving）。MB86R11的圖像顯示功能能夠根據駕駛場(chǎng)景自由切換顯示信息，并支持安全駕駛，包括采用攝像機圖像的整車(chē)邊界檢查，為在駕駛者提供易于使用的生態(tài)駕駛輔助功能。

此外，富士通還在利用其GaN HEMT技術(shù)解決混合動(dòng)力汽車(chē)和電動(dòng)汽車(chē)驅動(dòng)控制的節能創(chuàng )新問(wèn)題。我們可以拭目以待。