新能源汽车的车载DCDC变换器实现车内高压电池与低压电池之间的功率转换,主要为车内低压电器供电,如动力转向、水泵、车灯等。随着整车智能化、电气化的发展,DCDC电源功率和安全性提出了更高的要求。
ST推出的DCDC系统解决方案,由STPowerPC架构,ASIL-D多核MCUSPC58NN作为系统主控芯片,使用芯片即可完成功率控制、车辆通信、功能安全、AUTOSAR以及信息安全等功能。该方案的系统框图详细如下,使用如下。SPC58NN一是实现功率控制,二是实现系统功能安全诊断,CAN-FD通讯等任务。选择功率拓扑。PSFB,开关频率100kHz,额定输入电压为360V,额定输出电压为14V,额定输出功率为2.5kW。
▲ 系统框图
新能源汽车车载DCDC方案的功能安全支持ASIL-C/D。基础供电芯片(SBC)L9396为系统供电并带有供电诊断和Watchdog监控功能。当供电异常时,L9396可以提供硬线PIN,通过冗余的安全路径,使系统进入安全状态。该系统还设计了电流反灌保护功能,当电路发生电流反灌时,输出侧的背靠背安全管可以快速切断通路。采用STPM801作为安全管的驱动,可以实时检测安全管漏-源电压实现反灌电流的诊断,并可快速关断安全管驱动,整个响应时间小于2us。
该DCDC配合SiC MOSFET,结合SPC58NN优化死区时间以拓宽软开关范围和副边同步整流控制,使系统在额定满载工作点并且带有安全管的效率可达94%,不带安全管的效率可达96.5%。
▲ 效率和热数据
为缩短客户开发的时间周期,ST可以提供系统级的技术支持,如架构/需求分析,DEMO评估板,GUI工具,原理图/PCB,软件算法库,功能安全相关文档和测试报告等。
▲样机图
▲评估GUI
MCU SPC58NN特点及优势
● ASIL-D compliant ISO26262,AEC-Q100
●3*200MHz e200z4 core, 两个核带锁步,高运算能力,支持FPU
●增强型PWM外设GTMV344,200MHz时钟,支持电力电子控制常用的发波方式,如中心对称,移相,变频,多通道同步等
●12bit SARADC*5,10bit SARADC*2转换单元,支持ADC单元并行转换,以应对电力电子控制的高实时性要求
●通信接口支持,如CANFD, LIN FlexD,DSPI,以太网等
●支持AUTOSAR V4.2, 6M flash
●HSM 支持Evita-medium
SiC SCTH35N65G2V特点及优势
●超快速,可靠的体二极管
●较低的输入输出电容,易驱动,优秀的开关性能
基础供电芯片L9396特点及优势
●支持ISO26262 ASIL-D系统开发
●多路供电输出,0.8V-5V可配,最大支持1A输出
●支持冷启动
●双看门狗机制,Q&A
●所有的供电带UV/OV诊断
电流检测运放 TSC201X特点及优势
●宽共模电压,-20-70V
●低失调电压,+/-200uV max
●不同增益可选,20,60,100V/V
●超低静态电流,20uA
热插拔驱动芯片STPM801特点及优势
●支持ASIL-D系统开发
●集成两路驱动用于背靠背安全管驱动
●ORING 电流反灌保护,快速关断安全管的时间<2us
●集成对系统过流,过压的诊断和保护功能,不需外围电路