汽车电源管理芯片洞察 Allegro Microsystems

小夏 科技 更新 2024-02-01

汽车、工业、医疗等领域的集成电路和电子产品与人们的日常交通、便捷、安全、健康息息相关。 这些领域的产品不断进步,不断提高我们的整体生活质量。 IC在这些领域的产品性能提升、成本降低、功能丰富化、人性化方面发挥着越来越重要的作用,甚至在一定时期内对某一类产品转化的成功起着决定性的作用。 这些领域对IC的需求也在稳步增长。

随着汽车的智能化和网络化,IC在车载信息娱乐系统(iVI)中具有广泛的应用。 汽车作为一种交通工具,也成为人们娱乐和获取信息的平台。 车载信息娱乐系统(IVI)是指旨在满足驾驶员和乘客的舒适性、娱乐性和信息需求的车辆系统。 除了由车载处理器、操作系统和控制器局域网 (LAN) 控制外,IVI 还通过公共 3G 4G 和最近的 5G 移动网络、卫星导航技术、Wi-Fi、蓝牙和 USB 通信技术与外界相连。

IVI起源于汽车音响系统,包括收音机、磁带、CD。 随着科学技术的发展,车载信息娱乐系统已经集成了音频广播、实时交通状况和导航、语音控制、安全诊断、游戏、电子邮件、新闻信息、手机通信等多种功能和应用。 未来,IVI将进一步集成自动驾驶等功能。

随着社会信息化程度的不断提高,iVI的复杂性也越来越高,例如支持多种移动操作系统。 GENIVI 联盟成立于 2009 年,是一个非营利性组织,旨在促进汽车制造商和软件开发商之间的合作,共享用于标准 IVI 开发的开源平台,缩短开发周期和上市流程,激发 IVI 的创新潜力等。

IVI不仅是一个硬件组件,也是一个内容服务。 实现车内外信息无缝交互,提升驾驶员与外界的安全交互,集成互联网、多**、导航、信息等多种车载信息娱乐项目。

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图1TMR 非常适合汽车、工业和消费品等需要更高精度、更大带宽和更低功耗的高增长行业; Allegro 在霍尔效应传感器 IC 方面取得了多项重大进展,包括斩波器稳定、垂直霍尔效应技术、圆形垂直霍尔 (CVH) 阵列以及非侵入式高速硬件诊断。 Allegro 也是为数不多的将 GMR(巨磁阻 (GMR))技术直接集成到半导体晶圆上以提高可靠性和简化设计的 IC 制造商之一。

Allegro 的新型尖端隧道磁阻 (TMR) 效应技术与该公司的垂直霍尔技术 (VHT) 相结合,为设计人员提供了卓越的异构冗余传感器解决方案,为汽车和机器人行业的高端自动化提供卓越的精度。

巨型磁阻 (GMR) 传感器技术:GMR 能够提高信噪比、提高分辨率或降低给定解决方案所需的场电平(较小的磁体、较大的气隙等)。 此外,与平面敏感霍尔技术相比,GMR对晶圆或IC表面的面内检测能够创造出新的、更强大的差分磁性解决方案。

隧道磁阻 (TMR) 技术:创新的 TMR 技术专为高级驾驶辅助系统 (ADAS) 应用而设计,可提供更高的分辨率和精度,灵敏度是 GMR 的 8 倍。 与传统的霍尔效应传感器相比,分辨率的提高更加明显。 Allegro 与主要市场领先客户密切合作开发,基于 XtremeSense TMR 的开创性解决方案正在重新定义自动驾驶汽车安全关键系统和未来传感技术的未来。

霍尔效应传感器技术:磁场对通过导体的电流的影响(“霍尔效应”)于 1879 年首次被发现。 如今,Allegro 利用物理学的这一基本特性以及现代半导体技术来构建速度、位置、线性、角度和电流传感器。 Allegro 的霍尔效应传感器集成电路 (IC) 将霍尔元件与其他电路(如运算放大器和比较器)集成在一起,以创建数字位置传感器和速度传感器,以及具有模拟输出的线性和角度传感器。

Power-Thru 技术:Allegro 利用多年的经验开发了一种独特的技术,可实现高性能栅极驱动器。 在封装中,栅极驱动信号和驱动功率在内部隔离边界上被传输。

图2 图2Allegro 的AHV85111隔离式栅极驱动器 IC 增加了关键的安全功能,同时简化了电动汽车和清洁能源应用(包括 OBC DCDC、太阳能逆变器和数据中心电源)的高功率能量转换系统的设计。

图3Allegro Microsystems 的电动汽车动力总成解决方案; 随着汽车技术的不断进步,汽车设计趋势转向混合动力和全电动汽车、自动驾驶以及耗电的舒适和娱乐系统,但有一件事没有改变——对安全、可靠和成熟技术的需求。 Allegro 以零缺陷文化、安全理念和创新记录为汽车设计带来创新设计理念,可显著提高动力总成、安全和舒适系统的效率。

提高效率、灵活性和可扩展性:Allegro 的整体解决方案可实现更灵活、可扩展的 EV 热管理系统,具有低噪音和精确控制,同时提高能源效率。

电动汽车动力总成:Allegro 相信未来是电动的,而 Allegro 深知汽车电气化需要创新的解决方案。 Allegro 已准备好为具有更小、更安全、更高效的电源和传感器半导体的电动汽车提供解决方案。 该解决方案将允许您打包客户想要的功能,同时仍能满足您的每次充电范围目标。 让 Allegro 帮助您设计 EV 系统。 Allegro 提供卓越的安全性,包括 ISO 26262 认证; 高度集成,实现冗余和异构多样性; 高压栅极驱动器,可最大限度地提高功率密度; 以及市场领先的高精度电流传感器和坚固耐用的电机驱动器,可降低电机中的不良噪音。

DC-DC转换器:您需要高频和高隔离度,以满足高端应用的需求。 Allegro 的 1MHz 电流传感器 IC 具有闪电般的响应时间,可降低您的总体 BOM 成本和 PCB 面积,同时提高 DC-DC 转换器的质量。 这些设备是笨重电流互感器的完美替代品。 在双向 48V 12V DC-DC 转换器中,Allegro 的栅极驱动器、电流传感器和稳压器采用高度集成和 EMC 稳健的封装,可实现紧凑的设计。

图4Allegro Microsystems HV 至 48V 12V DC-DC 转换器; 车载充电器:Allegro 正在通过使车载充电器 (OBC) 更安全、更高效、更可靠的解决方案来推进快速充电。 Allegro 的电流传感器提供高压电流隔离和近 1 秒的短路检测,并能够跟踪 IGBT 快速开关电流 (>1000kHz),从而实现安全的高效率。 想让您的快速充电器更安全吗? 对于充电器锁,Allegro 的 80V 栅极驱动器和集成式全桥可实现安全断开。

热管理:热管理系统是电动汽车 (EV) 的基础,可确保电池、电力电子设备、电动机和驾驶室等关键部件的最佳工作温度。 Allegro 擅长提供全面的芯片解决方案,将电机驱动器、电流和位置传感器、高压栅极驱动器和集成电路等技术集成到单个封装中。 这些解决方案旨在满足热管理系统的现有需求和不断发展的趋势,强调高功率密度、效率、精度和小型化等因素。 通过这些共同努力,Allegro 的产品不仅通过提供更多空间来提高乘客的舒适度,还有助于扩大电池安装空间并提高效率。 反过来,这有助于加快充电速度并延长续航里程。

电池管理系统和配电单元:当今的电池管理系统 (BMS) 需要可靠、快速地监控电池电流,而功能安全要求则鼓励异构冗余。 Allegro 的电流传感器 IC 通过高精度测量电池电流,帮助您达到 ASIL 额定值。 Allegro 市场领先的电流传感器在设计时充分考虑了安全性,提供 240kHz 带宽和快速响应时间,可为您提供非常快速的过流检测以断开电池接触器,并为您提供短路检测以接合火灾保险丝。

图5Allegro Microsystems 的车载充电器解决方案;

图6Allegro Microsystems 的热管理解决方案;

图7Allegro Microsystems 的电池管理系统和配电单元;

图8Allegro Microsystems 计划专注于汽车电源;

自 2023 年年中以来,Allegro Microsystems 的收入分类一直处于高位,市场押注新能源汽车的增长,尤其是电动汽车市场。 例如,Allegro的市值在一年内几乎翻了两番。 在 2023 年分析师日**上,Allegro 作为电动汽车 ADAS 等零部件的领先供应商,有望实现强劲增长。

最近,Allegro 概述了其针对汽车和工业领域长期趋势的高增长市场战略,主题包括电动汽车、清洁能源和自动化。 此外,当时,该公司在XEV(插电式混合动力和燃料电池EV)和ADAS(高级驾驶辅助系统)的推动下推动了超过30%的季度增长。

值得注意的是,从 23 财年到 28 财年,Allegro 管理层的 XEV 复合年增长率为 25%,清洁能源和自动化的复合年增长率为 18%。

Allegro Microsystems:磁性传感器领域的领导者

Allegro Microsystems 在磁传感器市场占据主导地位,这是其最大的收入领域。

多年来,磁传感器和功率IC领域都显示出显著的改善和强劲的增长。

磁传感器市场的前景是积极的,这是由于越来越多地采用先进的用例和对消费电子产品的需求不断增长。

根据上表中Allegro Corporation的收入部门细分,该公司的两个主要部门包括其功率集成电路(PIC)部门,该部门包括“高温和高压电机驱动器、电源管理IC、发光二极管(”LED“)驱动器IC和隔离式栅极驱动器以及磁传感器(”MS“)等产品,其产品能够为速度测定等应用提供精确的运动测量。 位置跟踪和电流检测。

就该公司按终端市场划分的收入细分而言,汽车部门是最大的部门,占其收入的68%。 该部门的收入份额也比其第二大部门工业部门高出3倍以上。 总体而言,该公司按终端市场划分的收入显示,其汽车业务份额(68%)略高于磁传感器细分市场(65%)。

Allegro Microsystems 的电源管理芯片专利申请:

Allegro Microsystems 的电源管理芯片专利申请:

图8Allegro Microsystems 电源管理芯片专利申请时间;

图9Allegro Microsystems 的电源管理芯片专利分类。

图10车辆电源管理:建模、控制和优化1.车辆电源管理:建模、控制和优化

车辆电源管理解决了在不牺牲车辆性能、可靠性和耐用性的情况下提高车辆燃油经济性和减少排放的挑战。 首先介绍了车辆电源管理的定义、目标和当前研究问题,然后详细介绍了车辆电源管理系统中涉及的车辆设备和组件的建模,该系统已被证明是最具成本效益的。 一种有效且高效的初始阶段车辆研究和设计方法。

对于实际应用,本书推导并分析了具体的车辆电源管理算法和策略,包括分析方法、最优控制、智能系统方法和小波技术。 车辆电源管理还详细介绍了混合动力汽车设计阶段的几项关键技术,包括电池管理系统、组件优化、硬件在环和软件在环。

车辆电源管理为学术界和汽车行业的研究生和高级本科生、工程师和研究人员提供了对车辆电源管理的概念、方法和前景的清晰理解。

2.电动汽车用电源转换器

图11电动汽车电源转换器概述了电动汽车 (EV)、拓扑结构、设计和电动汽车中使用的不同类型的转换器。 它涵盖了广泛的主题,从电动汽车的基础知识、混合动力汽车及其分步方法、提出的实时应用转换器和相应的实验结果、性能改进范式和整体分析。 基于对新型转换器拓扑结构的需求,本书提供了电动汽车应用功率转换器的完整解决方案以及练习和实验的结果。 它解释了电力电子设备提高电动汽车性能的必要性。

本书的主要特点包括:

提供有关电动汽车电力电子设备(包括牵引驱动装置)的独家信息。

提供转换器设计的分步过程。

讨论使用不同隔离式和非隔离式转换器的各种拓扑结构。

描述控制电路的设计,包括可再生能源系统和电气驱动。

包括结合仿真和实验结果的真实案例研究。

电动汽车功率转换器将为电力电子、电力驱动和车辆工程领域的研究人员和研究生提供有用的资源,以激发他们在寻找可再生能源技术这一重要领域的努力。

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