清潔安全的汽車將由功能電子化和自動(dòng)駕駛賦能

未來的汽車將是清潔和安全的汽車，由先進(jìn)的汽車功能電子化和自動(dòng)駕駛技術(shù)賦能。

安森美半導(dǎo)體汽車戰(zhàn)略及業(yè)務(wù)拓展副總裁 Joseph Notaro

1   功率器件賦能電動(dòng)汽車

電動(dòng)車可幫助實(shí)現(xiàn)零排放，其市場發(fā)展是令人興奮和充滿生機(jī)的，隨著電動(dòng)車銷售不斷增長，必須推出滿足駕駛員需求的基礎(chǔ)設(shè)施，以提供一個(gè)快速充電站網(wǎng)絡(luò)，使他們能夠快速完成行程，而沒有“續(xù)航里程焦慮癥”。這一領(lǐng)域的要求正在迅速發(fā)展，需要超過350 kW 的功率水平和95% 的能效成為“常規(guī)”。

鑒于這些充電樁部署在不同的環(huán)境和地點(diǎn)，緊湊性、魯棒性和增強(qiáng)的可靠性都是設(shè)計(jì)人員面臨的挑戰(zhàn)。安森美半導(dǎo)體用于各種車載充電器（OBC）平臺(tái)的高壓硅和碳化硅（SiC）功率開關(guān)，加快充電時(shí)間。尤其是SiC 可以優(yōu)化充電能效和實(shí)現(xiàn)快速充電，讓駕駛員花更少的時(shí)間充電，目標(biāo)是在幾乎與傳統(tǒng)汽車加油相同的時(shí)間內(nèi)為電動(dòng)車充電。然而，由于SiC 的物理特性，存在一些挑戰(zhàn)。

安森美半導(dǎo)體擁有數(shù)十年硅制造專知，正在將碳化硅以最佳性能和質(zhì)量、合適的成本大批量推向市場。如最新的1 200 V M1 完整SiC MOSFET 2 pack 模塊（如圖1），基于平面技術(shù)，適合（18~20）V 范圍內(nèi)的驅(qū)動(dòng)電壓，易于用負(fù)門極電壓驅(qū)動(dòng)。較大裸芯片與溝槽式MOSFET 相比，降低了熱阻，從而在相同的工作溫度下降低了裸芯片溫度。NXH010P120MNF 配置為2-PACK 半橋架構(gòu)，是采用F1 封裝的10 mohm 器件，而NXH006P120MNF2是采用F2 封裝的6 mohm 器件。這些封裝采用壓接式引腳，且嵌入的一個(gè)負(fù)溫系數(shù)（NTC）熱敏電阻有助于溫度監(jiān)測。安森美半導(dǎo)體的SiC MOSFET 與新的模塊和門極驅(qū)動(dòng)器相輔相成，比類似的硅器件提供更勝一籌的開關(guān)性能和增強(qiáng)的散熱性，令能效和功率密度更高，電磁干擾（EMI）得以改善，并減小系統(tǒng)尺寸和重量。安森美半導(dǎo)體最近發(fā)布的650 V SiC MOSFET 采用新穎的有源單元設(shè)計(jì)，結(jié)合先進(jìn)的薄晶圓技術(shù)，使（RDS（on）*area）的品質(zhì)因數(shù)（FoM）達(dá)到同類最佳。該系列器件如NVBG015N065SC1、NTBG015N065SC1、NVH4L015N065SC1 和NTH4L015N065SC 等是市場上采用D2PAK7L/TO247 封裝的具有最低RDS（on）的MOSFET。1200 V 和900 V N 溝道SiC MOSFET 芯片尺寸小，減少了器件電容和門極電荷（Qg 低至220 nC），從而減少電動(dòng)車充電樁所需高頻工作的開關(guān)損耗。

圖1 1 200 V M1完整 SiC MOSFET 2 pack模塊

2   圖像傳感器賦能智能感知

隨著車輛向更先進(jìn)的安全性和自主性的演變，車輛需要感知到車輛內(nèi)部、車輛周圍和遠(yuǎn)離車輛的地方發(fā)生了什么，以主動(dòng)采取行動(dòng)保護(hù)車內(nèi)人員和車外行人。智能感知方案是先進(jìn)安全和自主功能的核心，包括圖像傳感器、激光雷達(dá)等，它們是車輛的眼睛和耳朵，需要在所有照明條件下（白天、晚上、在明亮的陽光下駛?cè)? 駛出隧道等）和所有天氣條件下運(yùn)行。傳感器的性能每一代都在提高，工作范圍也在擴(kuò)大。今天的汽車圖像傳感器清晰度更高（>800 萬像素），動(dòng)態(tài)范圍更高（>140 dB），改進(jìn)的圖像質(zhì)量可更早檢測到易受傷害的道路使用者（VRU），且有更大的余量。此外，這種改進(jìn)的性能正在為更高水平的安全和自動(dòng)駕駛功能開辟道路，因?yàn)樗軌蚋玫貦z測車道和道路上的危險(xiǎn)物體，識(shí)別交通標(biāo)志的限速信息，區(qū)分交通燈的紅、黃、綠信號(hào)等。激光雷達(dá)（LiDAR）傳感器同樣有著類似的性能提升。這些多樣化和互補(bǔ)的感知模式使得車輛在所有天氣和駕駛條件下達(dá)到更高的自動(dòng)化水平。

為支持從2、3 級(jí)自動(dòng)駕駛躍遷到更高的等級(jí)和實(shí)現(xiàn)零交通事故，安森美半導(dǎo)體不斷提高傳感器在所有條件下的性能。作為第一大汽車圖像傳感器供應(yīng)商，安森美半導(dǎo)體提供的傳感器具備領(lǐng)先業(yè)界的高動(dòng)態(tài)范圍、減少LED 閃爍（LFM）和微光靈敏度（如我們的230 萬像素AR0233AT 或830 萬像素AR0820AT），并不斷推動(dòng)創(chuàng)新。安森美半導(dǎo)體用于LiDAR 的核心傳感器技術(shù)對(duì)單個(gè)光子敏感，同時(shí)還能在環(huán)境陽光直射條件下工作。硅光電倍增器（SiPM）是基于單光子雪崩二極管（SPAD）的探測器，使系統(tǒng)能夠探測到最遠(yuǎn)的物體，即使它們的反射率極低（如圖2）。SPAD 陣列是飛行時(shí)間圖像傳感器，可以實(shí)現(xiàn)高分辨率的4D 成像，同時(shí)捕獲場景中所有點(diǎn)的深度數(shù)據(jù)和強(qiáng)度[ 如車規(guī)級(jí)ArrayRDM-0112A20-QFN 1x12 元素硅光電倍增管（SiPM）陣列]。

圖2 車規(guī)級(jí)SiPM陣列ArrayRDM-0112A20-QFN

（本文來源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2021年8月期）