MCU:创新应用开启新能源汽车之门

　　富士通半导体的一站式汽车系统控制方案

　　无论是传统汽车和新能源汽车，安全、绿色、舒适的汽车电子系统是共同的诉求，汽车安全性包括零失效、功能安全和自诊断模块;环境友好性指通过车载网络的使用来减轻车重，从而降低能耗，还包括采用环保材料和工艺;强大的图形图像处理技术，直观友好的人机界面都为驾驶者带来舒适的驾驶体验。

　　

 

　　图2：富士通半导体提供一站式系统控制方案

　　富士通半导体同样可为新能源汽车提供一揽子解决方案，基本上涵盖一辆EV/HEV全部整车的电子系统。从集成内部RDC的MB91580系列专用电机控制32位MCU方案，到采用富士通GDC解决方案的图形化虚拟显示仪表;从采用CAN总线的低成本MB96F613设计的BMS方案和DC-DC转换器，到多路CAN总线MCU FR81S开发的整车控制器。而且这些不同档次的16位和32位MCU，均采用相同的低成本仿真器和一样的编译环境，这对客户来说开发非常方便而且便宜。

　　富士通半导体针对EV/PHEV的电机控制MCU方案创新，包括：1.改善电机运行;2.降低能源消耗;3.降低系统成本。MB91580 MCU是全球首款专门面向新能源汽车电机控制的高性能MCU，集成了关键外设功能如RDC，可缩短电机控制时间，简化系统设计。

　　

 

　　图3:富士通MCU在电机控制方面的创新

　　

 

　　图4：MB91580内置RDC：系统设计大大简化!

　　针对电动汽车和插电混合动力汽车，如图3所示，现有的系统采用双芯片：MCU+外部RDC(旋转变压器转换器)的方案，CPU要从外部RDC读取角度值，然后查表，搜索sin和cos值。而富士通半导体的MB91580方案采用单芯片：MCU集成了RDC，CPU可以任何时候直接从寄存器中读出绝对角度值、sin和cos值。这样就可极大简化硬件电路，软件设计工作也得到简化。

　　“如果将RDC单独放在外面，整个电机控制系统的成本可能占到6、7美元。2013年富士通半导体还将第二代新能源汽车电机控制MCU产品会集成两个RDC在芯片内部，从而达到进一步降低成本的目的。”丁洁早表示。

　　MB91580 缩短马达控制时间达40%!

　　如下图5所示，通过高性能CPU缩短电机的控制时间之前有三个做法，需要1-9步的处理流程，比如PIC的计算等变换的处理。把这些处理全部集成到芯片里，通过硬件电路就可以实现。现在通过MB91580可将流程缩减为一半，5步就可以实现。这样有什么好处?之前的处理时间25微秒，现在处理的时间可以控制在12微秒，可以缩短马达控制时间达40%，从而提高电机运行的效率。

　　

 

　　图5：MB91580集成的高性能CPU和内设Rx I/F可缩短马达控制时间40%。

　　针对新能源汽车电机控制的MB91580系列共包含9个产品信号，提供从64管脚到100管脚还有144管脚的多种选择。开发这么多款型是为了满足不同区域客户的要求，欧美的客户可能选择144个管脚，中国的客户就选择100管脚，有一些印度的客户也可能选择100个管脚，可满足不同设计成本的市场需求。

　　

 

　　图6：MB91580 产品系列(9个产品，64管脚-144管脚)。

　　通用处理器在BMS和整车控制中大显身手

　　新能源汽车整个控制方案，除了电机控制，还包括电池管理系统(BMS)、整车控制单元。这些都不需要专门的控制系统，“低成本、高性能”的通用处理器可迎合这样的市场需求。富士通半导体推出了通用MCU系列新产品。像16位16FXS系列，它是精简的版本，可将有些功能精简下来，降低成本，符合汽车平台化趋势。

　　富士通半导体还开发了如图7所示的一系列电动车电池管理系统参考方案，客户针对量产还需要进一步定制化和修改。

　　

 

　　图7.富士通新能源汽车电池管理系统参考方案。

　　

 

　　图8. 新能源汽车各个控制系统之间的集成创新概念。

　　如上图8，对于新能源汽车应用开发，包括各个控制系统，富士通还提出一个概念，叫做系统集成的创新，如通过MB91580 MCU可以通过电机控制抑制CPU负载率，因此它可以同时进行BMS电池管理控制和DC-DC控制，这有利于通过系统集成削减整体成本。