L9908栅极驱动器:一款芯片多种玩法,搞定各种汽车电机控制

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L9908 高集成度车规三相栅极驱动单元(GDU),是 ST 在无刷电机相关应用领域的明星产品,是 ST 首款支持 48V 电池的 GDU,满足了混合动力和新能源汽车的普及产生的最新动力要求。它支持12V、24V 或 48V汽车电源系统,具有灵活的输入输出通道,可在传统油车和混动/电动新能源汽车上实现多种应用。

L9908 可以控制六个 N 通道 FET,以驱动电动助力转向系统、制动助力器、风扇、泵电机、变速器等中的无刷电机,并完全符合汽车功能安全 ISO26262ASIL-D 标准。

适用于48V汽车技术



     48伏电池    

在开发新应用时,工程师需要在器件、工具和其他方面进行大量投入。48V 系统在汽车中的重要性已经不言而喻。更大的电池有助于“节省燃料、减少排放和增加动力”。在电池领域有话语权的多家制造商也强调48V电池的重要性,但原有电源系统切换到 48V 会面临一定挑战。L9908 可以支持基于上一代产品的更新设计,以实现顺利转型。

 

L9908 是 L9907 的下一代产品,支持 3.3V 和 5V 逻辑、低至 4.5V 的电源电压范围。同时支持 12V、 24V、48V电池系统。L9907 和 L9908 都通过了 AEC-Q100 认证,而且 L9908 符合 ASIL-D 标准,满足更多应用需求。


   基于模拟拓扑的3个电流传感器   


工程师一直致力于在寻找更具成本效益的解决方案,模拟传感是行业的发展方向, 但相比浮动拓扑,模拟拓扑的信噪比更差,输出稳定时间更长,因此可能会影响到扭矩和复杂算法的使用。但客户需要性能更强大的电机控制,驾驶员希望方向盘平稳、没有振动。这意味着工程师必须开发复杂的算法并从当前的传感器中获取高质量的数据。因此,尽管传统模拟拓扑存在局限性,设计人员也必须找到提升性能的方法。
▲ 消费者要求转向更平稳顺畅

L9908 提供了独特的解决方案,它将模拟拓扑与数字 SPI 线路耦合,并使用了三个电流传感器。传感器提供了更大的灵活性和更多数据,研发人员可以采用磁场控制技术(FOC),提高整体性能和效率。同样,数字 SPI 线有助于提高信号处理过程中的信噪比,并为 MCU 提供更高质量的数据。复杂的算法可帮助创建更高级的转向柱,而不会影响到整个方案的成本效益。


    汽车制造商最关心什么    


   安全性   

过去的几年里,汽车对栅极驱动器的要求发生了巨大变化。ISO 要求支持 48V 应用的 GDU 能处理 75V 的电源电压。这些变化背后的原因就是智能和电动汽车需要更严格的安全法规来保护消费者。因此,L9908 使用 32 位 SPI 接口提供新的诊断和保护功能。L9908 的安全功能包括 SPI 设置死区时间插入和直通短路诊断保护;开路负载检测、对地短路诊断、对电池短路诊断;可以通过 SPI 总线设置温度预警和读取结温测量数据。其他诊断包括接地损耗检测、电源引脚和 FET 驱动器电源的过压欠压检测;系统时钟监测、SPI 窗口看门狗和故障状态标志。

   简化原型制作   

L9908 开创了汽车应用的新纪元。为了帮助工程师赶上应用发展潮流,ST 提供了多种带有 L9908 和 SPC560P 的开发板。 
▲ AEK-MOT-3P99081

AEK-MOT-3P99081 与 STSW-AUTODEVKIT 库配合使用,可帮助工程师更快地进行原型制作。AutoDevKit 提供了一种在几分钟内完成概念验证的方法。该解决方案附带一个使用 L9908 驱动带霍尔传感器的 BLDC 电机的演示。ST还提供带有开发板和电机的套件 AEK-MOT-3P9908M,以进一步加快开发速度。


   L9908 在汽车电机控制中的多种玩法   


在通风冷却系统的低压液泵、气泵和鼓风机,以及电动座椅控制装置等应用中,高集成度、高灵活度、高准确度的 L9908 可以简化设计,节省空间,提高控制准确度。该驱动器还可用于设计轻混汽车(ICE)和 48V 纯电动代步车的动力电机逆变器。

▲ 48V逆变器参考设计系统框图

ST 联合大湾区集成电路与系统应用研究院(GIICS),开发了 48V 逆变器参考设计,基于 ST 的汽车级芯片的应用解决方案,包含了 MCU(SPC58NN),SBC(L9396),Pre-Driver(L9908),模拟芯片以及逻辑保护芯片等。

因为内置诊断功能,L9908 还可用于自动紧急制动 (AEB) 和先进的电动助力转向 (EPS) 等安全性系统,简化 ISO 26262标准认证过程。下面的EPS演示方案由 ST 车规级 32-bit PowerPC 架构的微处理器 SPC560P50 、L9908和车规级MOS组成。方案适合12V、24V、48V系统,同时也具备相应的诊断保护功能。

▲ 无刷电机通用系统框图

在单电瓶 (12V)、双电瓶 (24V) 和 48V 汽车电瓶系统中,L9908具有很高的应用灵活性,因为电机电源引脚可以耐受4.5V至75V的宽压,电机连接引脚能够承受 -14V 至 95V 的电压。片上逻辑电路使用内部的 3.3V 电源,数字 I/O 端口兼容 3.3V 和 5V 逻辑电平。

L9908 是 AEC-Q100 认证车规级产品,现已上市,采用热性能改进的 TQFP48 封装。了解更多产品和价格信息,请联系当地的意法半导体销售办事处

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场景应用图

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展示版照片

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方案方块图

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核心技术优势

L9908 高集成度车规三相栅极驱动单元(GDU),是 ST 在无刷电机相关应用领域的明星产品,是 ST 首款支持 48V 电池的 GDU,满足了混合动力和新能源汽车的普及产生的最新动力要求。它支持12V、24V 或 48V汽车电源系统,具有灵活的输入输出通道,可在传统油车和混动/电动新能源汽车上实现多种应用。

方案规格

 支持12V、24V、48V汽车电源系统  电源引脚可以耐受4.5V至75V的宽压  内部的 3.3V 电源  数字 I/O 端口兼容 3.3V 和 5V 逻辑电平  BLDC 电机  电机连接引脚能够承受 -14V 至 95V 的电压  TQFP48 封装  AEC-Q100 认证  ISO26262ASIL-D 标准