L9908柵極驅動器:一款晶片多種玩法,搞定各種汽車電機控制

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L9908 高集成度車規三相柵極驅動單元(GDU),是 ST 在無刷電機相關應用領域的明星產品,是 ST 首款支持 48V 電池的 GDU,滿足了混合動力和新能源汽車的普及產生的最新動力要求。它支持12V、24V 或 48V汽車電源系統,具有靈活的輸入輸出通道,可在傳統油車和混動/電動新能源汽車上實現多種應用。

L9908 可以控制六個 N 通道 FET,以驅動電動助力轉向系統、制動助力器、風扇、泵電機、變速器等中的無刷電機,並完全符合汽車功能安全 ISO26262ASIL-D 標準。

適用於48V汽車技術



     48伏電池    

在開發新應用時,工程師需要在器件、工具和其他方面進行大量投入。48V 系統在汽車中的重要性已經不言而喻。更大的電池有助於“節省燃料、減少排放和增加動力”。在電池領域有話語權的多家製造商也強調48V電池的重要性,但原有電源系統切換到 48V 會面臨一定挑戰。L9908 可以支持基於上一代產品的更新設計,以實現順利轉型。

 

L9908 是 L9907 的下一代產品,支持 3.3V 和 5V 邏輯、低至 4.5V 的電源電壓範圍。同時支持 12V、 24V、48V電池系統。L9907 和 L9908 都通過了 AEC-Q100 認證,而且 L9908 符合 ASIL-D 標準,滿足更多應用需求。


   基於模擬拓撲的3個電流傳感器   


工程師一直致力於在尋找更具成本效益的解決方案,模擬傳感是行業的發展方向, 但相比浮動拓撲,模擬拓撲的信噪比更差,輸出穩定時間更長,因此可能會影響到扭矩和複雜算法的使用。但客戶需要性能更強大的電機控制,駕駛員希望方向盤平穩、沒有振動。這意味著工程師必須開發複雜的算法並從當前的傳感器中獲取高質量的數據。因此,儘管傳統模擬拓撲存在局限性,設計人員也必須找到提升性能的方法。
▲ 消費者要求轉向更平穩順暢

L9908 提供了獨特的解決方案,它將模擬拓撲與數字 SPI 線路耦合,並使用了三個電流傳感器。傳感器提供了更大的靈活性和更多數據,研發人員可以採用磁場控制技術(FOC),提高整體性能和效率。同樣,數字 SPI 線有助於提高信號處理過程中的信噪比,並為 MCU 提供更高質量的數據。複雜的算法可幫助創建更高級的轉向柱,而不會影響到整個方案的成本效益。


    汽車製造商最關心什麼    


   安全性   

過去的幾年裡,汽車對柵極驅動器的要求發生了巨大變化。ISO 要求支持 48V 應用的 GDU 能處理 75V 的電源電壓。這些變化背後的原因就是智能和電動汽車需要更嚴格的安全法規來保護消費者。因此,L9908 使用 32 位 SPI 接口提供新的診斷和保護功能。L9908 的安全功能包括 SPI 設置死區時間插入和直通短路診斷保護;開路負載檢測、對地短路診斷、對電池短路診斷;可以通過 SPI 總線設置溫度預警和讀取結溫測量數據。其他診斷包括接地損耗檢測、電源引腳和 FET 驅動器電源的過壓欠壓檢測;系統時鐘監測、SPI 窗口看門狗和故障狀態標誌。

   簡化原型製作   

L9908 開創了汽車應用的新紀元。為了幫助工程師趕上應用發展潮流,ST 提供了多種帶有 L9908 和 SPC560P 的開發板。 
▲ AEK-MOT-3P99081

AEK-MOT-3P99081 與 STSW-AUTODEVKIT 庫配合使用,可幫助工程師更快地進行原型製作。AutoDevKit 提供了一種在幾分鐘內完成概念驗證的方法。該解決方案附帶一個使用 L9908 驅動帶霍爾傳感器的 BLDC 電機的演示。ST還提供帶有開發板和電機的套件 AEK-MOT-3P9908M,以進一步加快開發速度。


   L9908 在汽車電機控制中的多種玩法   


在通風冷卻系統的低壓液泵、氣泵和鼓風機,以及電動座椅控制裝置等應用中,高集成度、高靈活度、高準確度的 L9908 可以簡化設計,節省空間,提高控制準確度。該驅動器還可用於設計輕混汽車(ICE)和 48V 純電動代步車的動力電機逆變器。

▲ 48V逆變器參考設計系統框圖

ST 聯合大灣區集成電路與系統應用研究院(GIICS),開發了 48V 逆變器參考設計,基於 ST 的汽車級晶片的應用解決方案,包含了 MCU(SPC58NN),SBC(L9396),Pre-Driver(L9908),模擬晶片以及邏輯保護晶片等。

因為內置診斷功能,L9908 還可用於自動緊急制動 (AEB) 和先進的電動助力轉向 (EPS) 等安全性系統,簡化 ISO 26262標準認證過程。下面的EPS演示方案由 ST 車規級 32-bit PowerPC 架構的微處理器 SPC560P50 、L9908和車規級MOS組成。方案適合12V、24V、48V系統,同時也具備相應的診斷保護功能。

▲ 無刷電機通用系統框圖

在單電瓶 (12V)、雙電瓶 (24V) 和 48V 汽車電瓶系統中,L9908具有很高的應用靈活性,因為電機電源引腳可以耐受4.5V至75V的寬壓,電機連接引腳能夠承受 -14V 至 95V 的電壓。片上邏輯電路使用內部的 3.3V 電源,數字 I/O 埠兼容 3.3V 和 5V 邏輯電平。

L9908 是 AEC-Q100 認證車規級產品,現已上市,採用熱性能改進的 TQFP48 封裝。了解更多產品和價格信息,請聯繫當地的意法半導體銷售辦事處

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►場景應用圖

►展示板照片

►方案方塊圖

►核心技術優勢

L9908 高集成度車規三相柵極驅動單元(GDU),是 ST 在無刷電機相關應用領域的明星產品,是 ST 首款支持 48V 電池的 GDU,滿足了混合動力和新能源汽車的普及產生的最新動力要求。它支持12V、24V 或 48V汽車電源系統,具有靈活的輸入輸出通道,可在傳統油車和混動/電動新能源汽車上實現多種應用。

►方案規格

 支持12V、24V、48V汽車電源系統  電源引腳可以耐受4.5V至75V的寬壓  內部的 3.3V 電源  數字 I/O 埠兼容 3.3V 和 5V 邏輯電平  BLDC 電機  電機連接引腳能夠承受 -14V 至 95V 的電壓  TQFP48 封裝  AEC-Q100 認證  ISO26262ASIL-D 標準