系統(tǒng)集成式32位微控制器用于HV/EV電機控制

近幾年混合動力汽車（HV）和電動汽車（EV）市場經(jīng)歷了迅速增長，預計未來隨著環(huán)境問題和原油價格的不斷上漲將進一步增長。而普及節(jié)能汽車、促進駕駛生態(tài)化需在改善電機運行、降低能耗和降低系統(tǒng)成本方面進行革新。此外，藝術元素和游戲般的感覺也使環(huán)保駕駛技能增加到指示功能當中。越來越多的設備可以顯示汽車內(nèi)部與周圍的情況，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高清晰度的圖像來直觀地向駕駛員傳達汽車及其周圍情況。

在這個意義上講，我們正處在這樣一個時代——消費者在根據(jù)駕駛控制和駕駛輔助功能兩個方面來選擇他們的汽車。為了滿足這一要求，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(tǒng)LSI MB86R11。我們不妨來看看兩款器件到底有哪些具體功能和特點，又在汽車中發(fā)揮怎樣的作用。

MB91580的驅(qū)動電機控制優(yōu)勢

MB91580系列是富士通半導體緊跟市場需求推出的節(jié)能汽車驅(qū)動電機控制芯片。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汽車和混合動力汽車的驅(qū)動電機控制功能。
該系列擁有專用嵌入旋轉(zhuǎn)變壓器感應器接口，能夠開拓性地控制EV和HV中使用的三相電機，實現(xiàn)EV/HV驅(qū)動電機必須的高轉(zhuǎn)矩響應控制過程達到改善電機運行和降低能耗的目的。

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

集成在160DMIPS高性能CPU內(nèi)的專用浮點運算單元（FPU）利用內(nèi)置外設功能生成的信息處理向量轉(zhuǎn)換和PID控制運算。該特性通過實現(xiàn)進一步快速反饋控制，有助于改善電機運行和降低能耗。此外，通過抑制與電機控制有關的CPU負載，可對系統(tǒng)而不是功率電機（DC/DC轉(zhuǎn)換器和電池管理等）進行控制，這有利于通過系統(tǒng)集成消減整體成本。

MB86R11的圖像顯示優(yōu)勢

圖1：富士通的主動綠色貢獻

混合動力汽車和電動汽車有以下三大創(chuàng)新：第一是電子控制單元（ECU）的創(chuàng)新，以改善混合動力汽車和電動汽車電動機產(chǎn)生的機車性能。使用ECU可以改善電機的可控性，同時不改變當前的硬件，包括電機和逆變器。第二個創(chuàng)新是通過整體優(yōu)化方法，包括系統(tǒng)的重新配置大幅降低系統(tǒng)成本。第三個創(chuàng)新是改善逆變器模塊，使其能夠進一步滿足電力和節(jié)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。

為了幫助客戶實現(xiàn)創(chuàng)新，富士通不斷開發(fā)以LSI和軟件為重點的產(chǎn)品，及時提供各種解決方案。圖2是推動混合動力汽車和電動汽車進一步發(fā)展的三大創(chuàng)新。

圖2：混合動力車和電動車發(fā)展的三大創(chuàng)新

ECU創(chuàng)新

滿足混合動力汽車和電動汽車的高轉(zhuǎn)矩響應需要環(huán)路控制來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(nèi)置R/D轉(zhuǎn)換器的MB91580系列微控制器就是一個滿足ECU創(chuàng)新的解決方案。其重點是實現(xiàn)有效的環(huán)路控制。例如，MB91580系列的內(nèi)置12位A/D轉(zhuǎn)換器和R/D轉(zhuǎn)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(zhuǎn)變壓器（resolver）的電角度是通過R/D轉(zhuǎn)換器計算的，可以將特殊功能寄存器與A/D轉(zhuǎn)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數(shù)格式（IEE754標準）進行自動計算。與采用傳統(tǒng)自定義格式的固定點方法相比，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

混合動力汽車和電動汽車普及的關鍵之一是降低成本。通過系統(tǒng)集成就可能做到這一點。圖4和5是通過電池管理ECU和DC-DC控制ECU的系統(tǒng)集成實現(xiàn)的創(chuàng)新框圖。

圖4：整合系統(tǒng)功能以降低成本：BMS集成

圖5：系統(tǒng)功能集成以降低成本：DC-DC集成

這些集成可以通過在微控制器中集成ECU控制與電機控制來實現(xiàn)。如前所述，富士通的MCU可以通過電機控制抑制CPU負載率，因此它可以同時進行電池管理控制和DC-DC控制。

節(jié)能創(chuàng)新

在駕駛輔助方面，MB86R11可以實現(xiàn)被動綠色（Passive Green）功能，幫助駕駛者體驗挑戰(zhàn)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現(xiàn)生態(tài)駕駛（Eco-Driving）。MB86R11的圖像顯示功能能夠根據(jù)駕駛場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技術解決混合動力汽車和電動汽車驅(qū)動控制的節(jié)能創(chuàng)新問題。我們可以拭目以待。