新能源汽車關(guān)鍵系統(tǒng)電控技術(shù).pptx

1、 2012 Renesas Electronics (China) Co., Ltd. All rights reserved.,2020/7/23,瑞薩電子新能源汽車技術(shù),電機(jī)控制,汽車電子產(chǎn)品中心 于宗源,瑞薩電子（中國(guó)）有限公司,2,索引,瑞薩簡(jiǎn)介 新能源車應(yīng)用實(shí)例 EV系統(tǒng)和瑞薩產(chǎn)品 電機(jī)控制技術(shù)和MCU產(chǎn)品,3,瑞薩簡(jiǎn)介,3,4,4,瑞薩在中國(guó),瑞薩前身是中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)重大國(guó)家項(xiàng)目”909工程“的核心成員之一，也是參與該項(xiàng)目的主要外資企業(yè) 強(qiáng)大的設(shè)計(jì)工程師團(tuán)隊(duì)，具有核心技術(shù)開發(fā)能力 約600名 在中國(guó)擁有三條半導(dǎo)體產(chǎn)品生產(chǎn)線 在華產(chǎn)能約100 Million片/月,5,5,Renes

2、as Electronics Corporation,瑞薩電子公司概要,5,瑞薩電子株式會(huì)社 Renesas Electronics Corporation,2002年11月1日 以NEC電子（株）的名稱開始營(yíng)業(yè) 2010年4月1日 以瑞薩電子（株）的名稱開始營(yíng)業(yè),代表董事、董事長(zhǎng)兼CEO 作田久男代表董事、總經(jīng)理兼COO 鶴丸哲也,從事半導(dǎo)體相關(guān)的研究、開發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、銷售及服務(wù)等,日本東京都千代田區(qū)大手町2-6-2日本大廈 郵編：100-0004,約27,200人（截至2014年3月31日）,公司名稱,成立日期,法人代表,經(jīng)營(yíng)范圍,總部辦公樓,銷售額,員工人數(shù),8330億日元（約81億U

3、S$) / 2013財(cái)政年度（截至2014年3月31日）,6,6,瑞薩電子的業(yè)務(wù)方向,World No.1 or 2 Business,- 8位 MCU - 16位 MCU - 32位 MCU - 汽車級(jí)MCU - 安防MCU,MCU,模擬與功率器件,SoC,汽車電子,基礎(chǔ)設(shè)施工業(yè)， 嵌入式系統(tǒng),云計(jì)算,云,家庭,手機(jī),關(guān)注三大產(chǎn)品市場(chǎng)的全球業(yè)務(wù),6,- 功率MOSFET IPD - IGBT - 光學(xué)元件（LD，耦合器） - 電機(jī)驅(qū)動(dòng) LED驅(qū)動(dòng) - LCD驅(qū)動(dòng),- 手機(jī)/RFIC -專用處理器 -DTV/STB SoC 消費(fèi)/工業(yè)類ASIC 網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)設(shè)備 - USB3.0,7,7,綠色,安

4、全,舒適,HEV: Hybrid Electric Vehicle, EV: Electric Vehicle ITS: Intelligent Transport System,HEV/EV, Clean diesel Clean up emission,Active/Passive safety Driver Assistance,Car Navi/ITS, Body Multimedia, networking,汽車電子的三個(gè)主要方向,8,8,R-Car for Navigation,Optical coupler, IGBT, Power MOS, AFE,Total Automoti

5、ve Solution by RENESAS,CAN LIN FlexRay SAFE-by-WIRE MOST Bluetooth,Power MOS,Airbag TPMS Safety Cont.,IMAPCAR, IMP/IMR,Power MOS Driver,Safety,ADAS,Collision Warning Parking Assistant Back monitor Night vision,Body & Security,Power Door Power Window Air Conditioning Mirror, Wiper Lighting,IPD, Power

6、 MOS, LED Driver,Steering /EPS Brake/ABS Suspensions Chassis Control,Chassis,Engine Control HEV/EV Motor AT Control Transmission,Power Train,Networking,完整汽車電子解決方案,8,9,Bit Ranking 8-bit No.1 16-bit No.1 32-bit No.1,Year 2011 34% Market Share,Source: Gartners 2011 Global Semiconductor Market Share, pu

7、blished on March 31, 2012. Above chart is developed by Renesas Electronics based on Gartners data.,作為世界首屈一指的供應(yīng)商，在2011年占據(jù)34%的市場(chǎng)份額。,世界領(lǐng)先的MCU業(yè)務(wù),MUS$/Year,4299,10,Year 2013 16.6% Market Share,百萬美元/年,515,瑞薩電子為2013財(cái)年中國(guó)第一位的MCU供應(yīng)商，占總市場(chǎng)份額 的16.6%。,數(shù)據(jù)來源: IHS“2013大中華半導(dǎo)體器件市場(chǎng)份額,微控制器(MCU),中國(guó)/香港”, 2014年4月發(fā)布版, 圖表由瑞薩

8、電子基于該數(shù)據(jù)報(bào)告生成。,中國(guó)微控制器市場(chǎng)排名,11,Renesas Confidential,11,瑞薩汽車電子MCU市場(chǎng)份額, 2012 Renesas Electronics Corporation. All rights reserved.,11,世界第一的汽車電子MCU供應(yīng)商，在2012年占據(jù)43.5%的市場(chǎng)份額。,車身電子,音頻音響,底盤安全,安全氣囊,儀表電子,動(dòng)力總成,31%,21%,40%,52%,50%,33%,12,新能源車應(yīng)用實(shí)例,13,Leveling R8C RS25xxx (MSIG),Sun Roof H8,Air Bag H8SX,Seat Sensor R8

9、C,Color Back Guide Monitor M32R R8Axxxxx (SOC),Pump R8C RJJ0 xxx RJM0 xxx,AVN H8S M16C,Multi Information M32C,Engine V850,HV control V850 Power MOS,MG (Motor/Generator) 2x V850 Opto-coupler IGBT device,ECB V850,Main Body ECU V850,Power Window 78K0 and analog,EPS V850,Battery ECU 78K0,Air Conditioner

10、 Compressor V850 Power MOS,Sift By Wire (SBW) M16C,DRL RJE0 xxx,Navi R8A77xxx R8A64xxx (SOC),Suspension HA13xxxx,Smart Key HATxxxx,LEDLamp H7N1xxx H7N0 xxx,Renesas inside Toyota 3rd generation PRIUS,限投影展示,13,14,Renesas Nissan Leaf,14,Vehicle control SH, 78K0, PoMOS,Inverter control SH, R8C,Brake M32

11、R, R8C, PoMOS,Vehicle dynamic control M32R, R8C, PoMOS,Battery control V850, Mixed signal,Charger control SH, IGBT(PLC),Air Conditioner Compressor M16C,Main Body ECU V850,Cluster V850, Mixed signal,Navi SH, V850,限投影展示,15,FI-ECU SH, H8 HA,Air Bag H8/R5,NAVI SH,M12240FP,MY2011 Honda Fit-HEV Semiconduc

12、tor products,Motor & Batt-Cont Unit Battery Control M32, M16C, HA, HSM Motor Control V850,Rear wiper HA/HZ,ABS V850,EPS V850,AVN Monitor M16C,Headlamp HA/HZ,Auto-Leveling R8C HA, HZ, HA, HA,限投影展示,16,EV系統(tǒng)和瑞薩產(chǎn)品,17,新能源汽車的劃分,輕混 Mild HEV,全混 Full HEV,純電動(dòng) Pure EV,增程式 Range Extender EV,插電式 Plug-in HEV,常規(guī)動(dòng)力車

13、,主驅(qū)電機(jī) 驅(qū)動(dòng),充電控制 模塊,啟停系統(tǒng),輔助電機(jī),發(fā)動(dòng)機(jī) 驅(qū)動(dòng),燃料電池 Fuel Cell Vehicle (FCV),攜帶發(fā)電引擎,18,適用于EV/HEV 系統(tǒng)的市場(chǎng)技術(shù)趨勢(shì),電機(jī)和電池,2008,2010,2012,2014,2016,2018,2020,安全性,OEM趨勢(shì),HEV,輕混HEV,純 EV,Idle stop,功能安全性,誤操作控制,輪轂電機(jī),降低了系統(tǒng)成本,擴(kuò)展電機(jī)速度范圍,占位空間小,高效率電機(jī)控制,集成型功能 (電池/ 2個(gè)電機(jī)/ 車輛控制),電池管理,從低端到高端的最優(yōu)化,PHEV,用于跛行回家的更少傳感器，SR電機(jī)，適用于SIC的電機(jī)控制，GaN.,增程式,

14、燃料電池,電池單位控制,超過125度的高溫,模型庫(kù)開發(fā),19,主要領(lǐng)域: 電機(jī)/發(fā)電機(jī)控制, 逆變器控制 和 電池管理,新能源汽車方面，瑞薩可以提供的產(chǎn)品,電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī),HVPD: High Voltage Power Device GDR: Gate Driver ISO: Isolator LiBCM: Li-ion Battery Cell Monitor AFE: Analog Front End,20,電機(jī)控制技術(shù)和MCU產(chǎn)品,21,Inverter ECU,電機(jī)控制器,電機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),MCU,IGBT,IGBT,IGBT,IGBT,IGBT,IGBT,CAN T/R,電源,R

15、DC-IC,ISO,ISO,ISO,ISO,ISO,ISO,GDR,GDR,GDR,GDR,GDR,GDR,Amp,Amp,Amp,Amp,旋轉(zhuǎn)變壓器 傳感器,電機(jī),CAN T/R,電機(jī) 專用 定時(shí)器,ADC,CAN,CAN,CSI,EMU,RESET,MCU: SH72AW,: 瑞薩產(chǎn)品,WDT,ESO,TPB,ISO : Isolator GDR : IGBT gate driver Amp : OP amp CAN T/R : CAN Transceiver receiver,EEPROM,22,MCU,電機(jī)控制MCU,2013 HEV Motor Control MCU Share,8

16、4%,W/W,Japan,系統(tǒng)集成度 (電池, 雙電機(jī)),精簡(jiǎn)器件 降低成本,縮減代碼量 降低CPU占有率、低功耗,高性能MCU內(nèi)核 片內(nèi)高速Flash,電機(jī)專用高效定時(shí)器 增強(qiáng)型電機(jī)控制單元 6通路同步采樣AD,內(nèi)置旋變解碼器 內(nèi)置EEPROM,Needs,MCU Concept,90%,23,內(nèi)置RDC的微控制器(SH72AW/AY),高性能 CPU 控制精度更高，有條件增加新功能 內(nèi)置RDC-IC,EEPROM 集成度高，電路板尺寸更小,Motor control ECU,高性能 小尺寸 低成本,舊產(chǎn)品,新產(chǎn)品,Motor control ECU,MCU,RDC -IC,Power IC

17、,T/R,內(nèi)置 RDC MCU,RDC : Resolver Digital Converter,M/G,M/G : Motor/ Generator R : Resolver Sensor,R,M/G,R,降低系統(tǒng)成本，提高性能,Sub MCU,EEPROM,Tr,T/R,WDT,SH72AW/AY,硬件和軟件參考 設(shè)計(jì)容易上手，縮短開發(fā)周期。,瑞薩電機(jī)控制用MCU的產(chǎn)品規(guī)劃,*,MG (Motor Generator),DCLS: Dual core lock step SCLS: Single core lock step,Vehicle Control / Battery Manage

18、ment,DC/DC,V850E2/FF4-Motor,RH850/P1x RH850/F1x*,V850E2/Fx4-H V850E2/FK4-G V850E2/Fx4 V850E2/Fx4-L,RH850/F1x*,SH72A0/2,2011 2014 2016 2020,V850E2/PG4-S 512KB, 1 RDC,RH850/C1H 240MHz,DCLS 2 RDC Motor IP (EMU2),RH850/C1M 240MHz, SCLS 1 RDC Motor IP (EMU2),for 2 motor,RH850/C1x 320MHz, DCLS 2 RDC Next

19、Motor IP,for 2 motor,RH850/C1x 320MHz, SCLS 1 RDC Next Motor IP,SH72AW 768KB, 1 RDC,SH72AY 768KB, 1 RDC Motor IP (EMU),RL78/F1x RL78/F1y,RH850/P2x,RH850/F1x,RH850/F1x,Step1,Step2,25,MTU-III (電機(jī)) 6x Comp, 6x PWM,封裝：裸露焊盤 LQFP 176引腳 0.5mm 引腳間距,I/O端口,閃存（單壓自行編程）,EMU (SH72AY) 增強(qiáng)的電機(jī)控制單元,2x A/D 轉(zhuǎn)換器 AD0: 8通道

20、 x 12位 AD1: 14通道 x 12位 6通道 S&H,4x CMT(16位),3x RCAN 3x 16 獨(dú)立緩沖器 192 共享緩沖器,2x SBI 3線(SPI),調(diào)試I/F (AUD-II, UBC, H-UDI),WDT,768KB閃存, 96KB RAM,SH2A 160 MHz 電源：1.5/5V -40 至+125C,FPU,DMA 13通道,2x RPGT 2x PWM , 256緩沖器,4x SCI (異步/同步UART),32KB EEPROM (數(shù)據(jù)閃存),SH72Ax系列(SH72AW/AY),通過內(nèi)置RDC功能，降低了系統(tǒng)成本,數(shù)據(jù) CRC,1x RDC (多

21、摩川 AU6802),PLL,量產(chǎn),26,通過與TAMAGAWA SEIKI合作，瑞薩能夠提出帶有RDC的旋變傳感器和MCU。. 通過與TAMAGAWA SEIKI合作，瑞薩能夠強(qiáng)力支持RDC。 我們開發(fā)了采用瑞薩工藝的新款。（RC03F:90nm）.= 小芯片+ 高速度 瑞薩在具有專利自由的瑞薩MCU中，采用RDC的TAMAGAWA前線技術(shù)，,R/D 轉(zhuǎn)換器TEG芯片 ,TAMAGAWA SEIKI RDC 模擬和瑞薩SH2A MCU的配合,我們?cè)赟H-2A中采用RDC，作為重要IP = 瑞薩實(shí)現(xiàn)了高規(guī)格的電機(jī)控制， 并降低ECU的尺寸，縮減系統(tǒng)成本。,TAMAGAWA RD 轉(zhuǎn)換器 AU6

22、802N1 （0.72m Bi-CMOS）,瑞薩 RC03F(90nm）工藝,瑞薩 RDC-IP,專利自由,27,電機(jī)控制IP簡(jiǎn)介,電機(jī)控制IP的基本理念是與ADC和RDC共同工作。 通過CPU計(jì)算數(shù)據(jù),將參數(shù)設(shè)置到寄存器控制PWM輸出。 安裝了具有矢量控制的電流回路，進(jìn)行PWM控制。 可以輸出這種方波以實(shí)現(xiàn)對(duì)于HV的高速旋轉(zhuǎn)控制。 可設(shè)參數(shù)調(diào)整PWM輸出。 只有SH72AY具有此電流環(huán)控制單元。 工作頻率約為40MHz或80MHz 執(zhí)行時(shí)間（電流環(huán)）約為5us 或更少,Pattern generator,q Output pattern,u,v,w,d,q,PI,u,v,w,d,q,3 Ph

23、ase Modulation,PI,e,iu,iw,e,U,V,W,+,+,+,+,vd,vq,iq,id,iu,iw conversion,R/D,12位A/D,Instruction value of iq,e,U,V,W,3 phase PWM,square wave,e,矢量控制的電流環(huán)回路,Instruction value of id, e Lq Iq,e Ld Id + e ,方波輸出,3 phase PWM,square wave,Square IP,Input IP,PWM IP,Angle generation IP,28,AD0,Data transfer,Input I

24、P,PWM IP,Interrupt processing,Start trig,software,Software trig,Output U0,PWM duty,Carrier wave,控制流程的示例,3 phase PWM,square wave,控制模型,Input IP,PWM IP,Angle generation IP,可以設(shè)定參數(shù)。,可以選擇中斷處理。,電機(jī)控制IP簡(jiǎn)介,R/D,12位A/D,電機(jī)控制IP,Output selecter,Soft ware,Square IP,3相PWM,方波,For unnecessary interrupt,Output U1,29,工藝

25、簡(jiǎn)介,30,歷代汽車MCU架構(gòu),0.18/0.25um,150nm,90nm,40nm,系列,（車體，汽車音頻）,+,V850ES/Fx2,V850E/Fx3,20MHz, CAN/LIN 512KB閃存,48MHz, CAN/LIN 1.5MB閃存,V850E2/Fx4,160MHz, 4MB閃存,V850E/PH03,PG2,12位 ADC,V850E/Dx3,CAN/LIN,V850E2/Dx4,2D 3D 圖畫 視頻,78K0R/Fx3,Ta=140C, 小型封裝,HEV/EV,V850E2/PJ4,High-K, 40nm工藝,+,更低功耗 90nm 工藝,系統(tǒng) 模擬,V850E2/

26、DR4-3D,300MHz,SH72531,160MHz, 1.25MB,SH72567,200MHz, 4MB,R8C/3x,CAN, 128KB,R8C/2,CAN, 128KB,M32C M16C,SH72513,140MHz, 2MB,SH7227,LSDC, 1MB,SH7147,H8SX,256KB,R32C,1MB,第二代,第三代,第四代,第五代,Scalable,SH72AW/AY,V850E2/PG4-S,160MHz,31,高性能和低功耗40nm閃存MCU,mA/MHz,2.81,1.08,(90nm),Competitor (90nm),(40nm),0.51,(38%),90nm 工藝,40nm 工藝,90nm MCU,40nm MCU,世界最小的閃存 MCU，尺寸為40nm 40nm MCU僅90nm模塊的25%,最小的尺寸,最低的功耗,領(lǐng)先的40nm閃存MCU工藝技術(shù) 最小的模尺寸和最低的功耗,32,工具和方案支持,33,33,適用于SH72AW/AY的合作伙伴工具,集成型開發(fā)環(huán)境 瑞薩自主集成環(huán)境(IDE): HEW GHS MULTI Ver.5.1.7C - SH2A已經(jīng)推出 編譯器 設(shè)計(jì)器 支持的操作系統(tǒng): Windows, Solaris, Linux 仿真器 瑞薩的片上仿真工具E10A-USB Lauterbach