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直流马达的车身电子应用

2019-04-11 15:38
意法半导体
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车内系统的电子产品含量持续成长,原因是市场对自动化、安全性、能耗优化和高质量体验的要求越来越高。在此背景之下,使用直流马达的应用数量也不断上扬。

本文将分析车用直流马达的市场趋势,并说明何以从诊断功能、交换时间的优化、减轻重量和(最重要的一点)提升可靠度各方面来看,固态驱动器(SSD)都是比较好的设计架构。

我们还会特别加以说明,为何在所有专为车用直流马达控制所设计的全集成电路当中,新推出的VIPower M0-7 H桥系列能够成为同等级最佳选择。

直流马达的车身电子应用

市场趋势

预估车用直流马达系统的需求将稳定成长,未来5年的年成长率约在3.1%左右。车身周边的需求主要来于自车门锁、电动后照镜、座椅调整、清洁剂帮浦、雨刷、车窗开关、天窗和电动滑门等传统应用。但还有许多新崛起且十分吸引消费者的应用逐渐面市,部分实例包括抬头显示器(HUD)、隐藏式车门把手、电动尾门、电动车换档切换器和电动车充电器锁。

直流马达的车身电子应用

考虑以上状况,估计2020年全球各地与车身相关的车用直流马达需求将达到20亿个。下图为各种应用所占比例,所有应用耗电都在30W到200W之间。

在车身应用上驱动直流马达使用继电器和内建芯片的比较

过去汽车产业一直将继电器视为一种简单又便宜的解决方案,用来驱动直流马达。但这种想法正逐渐改变,现在汽车制造商认为SSD才是更适合新应用设计的选择。SSD因为具有高度可靠的质量且诊断功能更为强化,很容易就能建置各种创新功能,像是驱动各种可变负载配置文件(例如电动尾门)或控制动作的顺畅度(例如车窗开关或座位调整)、消除继电器开关噪音以及增加豪华感。

最重要的是,全世界的地方立法机构已开始针对汽车的污染物质和二氧化碳排放设定新的限制,汽车结构必须有所调整,尤其是动力负载的供应,皆必须采用效率更高的电子组件。虽然新标准的冲击对象将以动力总成(power-train)系统为主,车身控制模块(Body Control Module,BCM)还是有一部分关联性。

因此我们预测,2020-2025年间由SSD驱动的直流马达每年平均成长6.7%,逐渐抢攻继电器的市占率。

直流马达的车身电子应用

此情况下,意法半导体的VIPowerTM M0-7 H-桥系列产品将成为在汽车应用的马达控制方面,同等级组件当中最佳选择。M0-7 H-桥系列将逻辑功能和动力结构整合至单一封装,让芯片内建智能功能因此除了从提供简单驱动作用到还能防止故障,提供先进的诊断和保护功能、减少所需零件数量、提升可靠度并节省印刷电路板(PCB)面积。

直流马达的车身电子应用

可靠度提升 进而延长10倍的使用寿命

继电器触点是一种可导电的金属片,相互连接好让电流通过。机械式开关触点常见的问题包括会听见噪音,还有终端顾客因为感受到机械震动而观感不佳(尤其是转换频率驱动应用)。除此之外,继电器切换时会造成电弧噪音,进而产生电磁干扰(EMI)。为了降低继电器切换噪音,就需要电阻电容减震器(RC snubber)和续流二极管(flywheel Diode)等额外零件,但这些额外零件会对最后结构的复杂性带来负面影响。切换时产生的机电应力,中长期的影响就是会降低接触电阻和效能,让继电器无法使用或缩短寿命。继电器效能的劣化则会降低可靠度。

固态切换器没有活动零件,因为机械式触点已被晶体管所取代:因此不会有电弧接触、磁场或可闻噪音等问题。输入控制兼容于大部份的IC逻辑系列产品,无须额外增加缓冲器、驱动器或放大器,可大幅降低印刷电路板的复杂性和面积。结果就是可靠度提升,交换时间最多可增加10倍。

直流马达的车身电子应用

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