隨著電動汽車相關技術快速發展，以及各國政府在政策方面的持續推進，越來越多的汽車消費者購買意向開始轉向電動汽車，尤其是在中國。相關數據顯示，從2015年-2020年期間，新能源汽車的整體銷量節節攀升，中國市場電動汽車的銷量在2020年達到了歷史新高（136萬輛），這已是我國新能源汽車產銷量連續6年蟬聯世界第一。隨著5月26日北京搖號新政實施后的首期新能源小客車指標配置結果公布，勢必會激發新一輪的購車熱。
然而不可否認，消費者對于購買電動車的顧慮依然存在，其中最突出的就是里程焦慮和價格問題，從而阻礙了新能源汽車的進一步普及。據悉，電動汽車的平均生產成本比傳統內燃機汽車高出 12,000 美元。有資料顯示，從制造成本來看，對于一輛燃油車，發動機+變速箱的成本大約占整車總成本的1/5；而同一車型的電動汽車，三電系統（電池、電機、電控）占據了整車成本的一半，這一半中近80%的比重由動力電池占據。即便是加上各種補貼，如今同款電動汽車價格也比油車要高出5-10萬。
在電池技術不斷進步的同時，其他領域也在尋找突破進一步降低成本，動力系統是關鍵。近期，德州儀器（TI）發布了動力總成集成化解決方案，可將系統設計成本削減一半，同時有效提高功率密度、效率和可靠性，并讓更多人都能買得起電動汽車。
集成動力總成將尺寸、成本均減半
“TI的產品和技術支持可以幫助客戶全面實現動力總成系統方案的集成。我們預計集成化的方案可以幫助整個系統的尺寸和成本都降低一半?！?德州儀器中國區汽車業務部現場技術應用經理周東寶表示。
如何實現減半的呢？周東寶指出有四個方面：
·電驅動系統多合一的集成化的解決方案通過共享外殼的耦合以及冷卻系統，減少了連接器的數量；
·通過更進一步的共享控制電路以及共享功率電路等方式，有效地降低電驅動系統的體積、重量和成本，同時提高電驅動系統的功率密度；
·更好地實現輕量化，有助于延長電動汽車的續航里程；
·通過整體上對系統進行熱性能的優化，保證系統的可靠性。
同時，TI注意到功能安全是電驅動系統中的一個非常重要的設計指標，TI集成化的解決方案也有助于簡化功能安全系統的開發和認證工作。
傳統動力傳動系統包括電機控制器、高壓配電單元、DC/DC、車載充電器、電源管理系統（BMS）等。根據不同的集成模塊數量，可分為二合一的方案、三合一的方案、五合一的方案。根據集成的難易程度，又可以分為基礎的機械層面的集成（物理集成），以及更復雜的控制邏輯和功率層級方面的集成?！巴ㄟ^使用TI的解決方案，客戶可以實現從分布式的電源架構到單個動力域的控制器方案的轉變。整個系統的復雜程度會隨著整合級別的增加而提高，對客戶的收益也會越來越高，但同時挑戰也會越來越多?！?周東寶說道，“針對設計上的挑戰，TI會協助客戶一起解決?！?/p>
TI提供的是電機控制器、車載充電器和DC/DC的三合一的解決方案，大幅度優化整個系統的架構，通過共享部分的控制電路降低整個驅動成本的重量和體積。
98%的效率和超高的功率密度
作為一家歷史悠久的全球領先的半導體公司，TI擁有豐富的產品多元的產品組合。周東寶以TI的幾款明星產品：C2000微控制器、最新的GaN FET、隔離驅動器UCC5870、溫度傳感器TMP126的組合為例，介紹了TI動力總成解決方案的競爭優勢。
微控制器C2000系列可以提供高達925MIPS的處理能力，同時結合可靈活配置的高精度PWM模塊，可以非常輕松地適配各種復雜的電源拓撲，以及更高階的控制算法，從而實現整個系統更高的效率。
TI最新的集成驅動器的GaN FET能以高達2.2MHz的開關頻率工作，同時保持非常低的開關損耗。另外，結合TI定制開發的低寄生電感的增強散熱型的切片式封裝，可以實現兩倍的功率密度的提升，同時將磁性元器件減小59%。
隔離驅動器UCC5870系列可以提供高達15A的峰值電流驅動能力，無需外加功率放大電路，也能夠保證整個開關管可以進行非常高效的開通和關斷，從而達到更高的效率。
溫度傳感器TMP126可以在150°C的環境溫度下工作，采樣精度高達±0.3°C。更高的溫度傳感器精度，可以幫助客戶在設計整個系統時留有更小的設計余量。同時，系統動態溫度補償時精度可以更高，有助于最大化地提高系統效率。
系統級可靠性
電動汽車的可靠性是設計中非常重要的一個方面，通過TI動力總成解決方案還可以帶來可靠性和性能的提高。
C2000系列微控制器內置豐富的模擬功能模塊，如DC、DAC以及比較器等，可以實現低至30ns以內的響應時間，響應診斷保護和故障等。由于完全是純硬件的控制，不需要CPU模塊的參與，因此可更進一步地提高系統的可靠性。
GaN FET器件內置的數字溫度的采樣功能可以提供實時的溫度信息，從而可以更靈活地實現動態系統的熱管理。TI將常用的過流、短路、過溫和欠壓等保護功能集成到GaN開關管里，無需外加分立電路。同時內置的短路和過流保護的電路可以在低至100ns的時間內響應，從而也提高了系統的可靠性。
隔離驅動器UCC5870系列可以在200ns的時間內進行短路保護，同時實現了業界領先的共模抑制比（CMTI）（＞150V/ns），意味著芯片可以在更惡劣的噪聲環境下保持可靠通訊，保證可以正確地驅動開關管進行相應的動作，從而達到更高的系統級可靠性。
溫度傳感器TMP126可以在全溫度范圍下（-40到+175°C）保持非常高的精度。相比分立器件，溫飄幾乎可以忽略不計。同時，數字接口內置的循環冗余校驗功能也能確保在高噪聲的電磁環境下能夠進行可靠通訊。
系統成本和尺寸減半
C2000具有高即時指令集，可以顯著地減少復雜計算所需要的周期數。再結合氮化鎵和碳化硅器件的高開關頻率和低開關損耗的特征，可以顯著地減少磁性元器件的尺寸，提高整個系統的效率，從而也提高了整個系統的功率密度。
據周東寶介紹，利用氮化鎵器件相比于現有的硅和基于碳化硅的MOSET方案，預計可以使車載充電器和DC/DC的尺寸減少到50%。
隔離驅動器UCC5870系列由于峰值電流能力高達15A，可以滿足大多數MOSET和IGBT驅動的需求。同時內置六通道的隔離采樣ADC，可以用于溫度、電壓的采集，減少額外分立的隔離ADC的成本。UCC5870芯片內置超過50多種功能安全相關的機制，在功能安全相關的應用中，可以顯著地減少BOM的成本。
高精度的溫度傳感器TMP126可以通過優化整個散熱系統的設計，能夠幫助客戶更進一步地降低成本。
以上組合是TI動力總成眾多解決方案之一，TI官網上可以找到豐富的參考設計資源，而這些參考設計并非只是把各個芯片簡單地組合到一起?！拔覀冊谧鲞@些參考設計的時候考慮到了系統整體的性能要求，我們會把整體的EMI性能考慮進去，包括怎么選拓撲、怎么選控制策略，整套方案都會考慮在內，如此才會使整體產品的性能滿足要求?！?德州儀器EV/HEV SEM團隊成員TüV SüD認證功能安全工程師曹偉杰介紹道。
簡化安全認證
據周東寶介紹，TI正在通過兩種途徑幫助客戶簡化功能安全系統設計的開發和認證：
一是提供符合功能安全標準的產品。如隔離驅動器UCC5870，是按照TI經過TüV SüD認證的功能安全產品開發流程所開發出的產品，可以提供完整的功能安全相關的文檔，如FMEDA、功能安全手冊、FIT值等。對于大多數常用的信號鏈產品，如簡單的電源和信號鏈產品，TI可以提供整個器件功能安全的FIT值以及失效模式的分布等技術文檔，幫助客戶進行功能安全的設計。
第二，為了加速客戶開發時間，TI與TüV SüD合作，開發了可以達到ASIL D功能等級的集成牽引驅動器和DC/DC直流變換器的升級參考設計TIDM-02009，該設計使用了TI最新的C2000系列MCU以及UCC5870隔離驅動器，可以實現高達20 000rpm的轉速，以及2 MHz的開關頻率。
整個動力系統都將走向集成
隨著眾多廠商入局汽車，半導體廠商的工作方式也發生了變化。曹偉杰表示，TI現在越來越多地與整車廠、Tier 1直接合作，向其提供系統解決方案滿足要求，而不是單純地作為一個芯片廠商來提供器件。因此，TI更多的是從系統解決方案的角度入手，提供一整套解決方案，以滿足需求。
深圳威邁斯新能源是一家Tier 1，目前客戶有50多家，涵蓋傳統主機廠和造車新勢力，同時與TI正在保持著深度合作?！霸谶^去這幾年，我們與TI在產品的持續創新、前瞻的高性能產品應用，以及專業的技術合作交流上取得了很大的成果。” 深圳威邁斯新能源股份有限公司副總裁兼上海子公司總經理韓永杰介紹道。
目前的集成方案主要是三部分：OBC、DC/DC和PDU，未來的趨勢會是整個動力系統將趨向于集成?！皬奈磥淼陌l展來講，實際上還要進一步地集成。威邁斯在這一塊做了很多工作，我們在應用上也是與TI在進行深度的合作，尤其是在C2000和UCC5870驅動芯片產品上?！?韓永杰表示。
動力總成帶來的成本、尺寸的減少不管是對整車廠還是對終端客戶來說都是大有裨益的，這使得集成化的趨勢成為必然，盡管目前市場上還沒有看到BMS的集成，隨著市場的發展以及技術的推動，未來的集成可能會包含BMS系統，電動汽車電源管理IC將走向高度集成化，與燃油車的成本差距也將會不斷縮小。
