安森美：SiC如何推动车载充电技术向800V迈进

Release time：2023-11-10
author：AMEYA360
source：安森美
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　　虽然“续航焦虑”一直存在，但混合动力、纯电动等各种形式的电动汽车(EV)正被越来越多的人所接受。汽车制造商继续努力提高电动汽车的行驶里程并缩短充电时间，以克服这个影响采用率的重要障碍。电动汽车的易用性和便利性受到充电方式的显著影响。由于高功率充电站数量有限，相当一部分车主仍然需要依赖车载充电器(OBC)来为电动汽车充电。为了提高车载充电器的性能，汽车制造商正在探索采用碳化硅(SiC)等新技术。这篇技术文章将探讨车载充电器的重要性，以及半导体开关技术进步如何推动车载充电器的性能提升到全新水平。

　　如今市场上有多种使用不同推进系统的汽车，包括仅由内燃机(ICE)提供动力的汽车、结合使用内燃机和电力系统的混合动力汽车(xHEV)和纯电动汽车(xEV)。xHEV包括两种不同类型的汽车，分别为轻度混合动力电动汽车 (MHEV)和全混合动力电动汽车(FHEV)。

　　MHEV主要依靠内燃机，同时集成了一个小型电池(通常为48V)。但是，MHEV无法仅依靠电力行驶，电动机旨在帮助适度降低油耗。

　　相比之下，FHEV具有更强的灵活性，因为它可以无缝结合使用内燃机和电动机，其中电动机由电池供电(通常工作电压范围为100-300V)。FHEV 还可以利用制动能量回收技术为电池充电，利用制动过程中捕获的能量来提高效率。

　　所有xEV，包括插电式混合动力电动汽车和纯电池电动汽车(BEV)，都配备再生制动系统。然而，由于具有较大的电池容量，这些汽车在很大程度上依赖车载充电器进行充电。

安森美：SiC如何推动车载充电技术向800V迈进

　　最简单的充电方式差不多就是通过线缆将电动汽车车载充电器连接到墙上插座(通常需要接地故障保护)。尽管这种充电方式非常便利，但大多数住宅 1级系统(或J1772标准中定义的SAE AC 1级)的工作功率约为1.2kW，充电一小时只能增加5英里的里程[1]。2级系统(或SAE AC 2级)通常使用电网的多相交流供电，最常见于公共建筑和商业设施。功率最高可达22kW，充电一小时可以增加90英里的里程。

　　无论是1级还是2级充电器，都是为电动汽车提供交流电，因此车载充电器是将交流输入转换为直流输出来为电池充电的关键。目前，市面部署的大多数充电器都是2级充电器。

　　大功率直流充电桩通常称为3级、SAE 1级和2级直流充电桩或IEC模式4充电器，它输出直流电压，可以直接为电池充电，而无需车载充电器。这些直流充电桩的功率范围从50kW到超过350kW，可以在大约15-20分钟内充电至电池容量的80%。考虑到高功率水平和需要对电网基础设施进行改造，尽管快速充电站的数量正在迅速增加，但仍然相对有限。

　　许多汽车制造商目前正在将400V电池改为800V电池。这种转变旨在通过提高系统效率、提升性能、加快充电速度和减轻线缆和电池重量来延长电动汽车的续航里程。

　　车载充电器分析

　　车载充电器通常是二级电源转换器，由功率因子校正级(PFC)和隔离型DC-DC转换器级组成。需要注意的是，虽然非隔离型配置是可行的，但很少使用。功率因子校正级对交流供电进行整流，将功率因子保持在0.9以上，并为DC-DC级生成调节的总线电压。

　　过去几年中，市场对双向系统的需求显著增加。双向系统让电动汽车能够提供从电池到电源的反向功率流，以支持各种用途，例如动态平衡电网负载(V2G：车辆到电网)或管理电网停电(V2L：车辆到负载)。

　　传统的功率因子校正方法涉及到结合使用二极管整流桥与升压转换器。整流桥将交流电压转换为直流电压，而升压转换器则负责升高电压。该基本电路的增强版本采用交错式升压拓扑，通过并联多个转换器级，以减少纹波电流并提高效率。这些功率因子校正拓扑通常采用硅技术，如超结MOSFET和低Vf二极管。

　　随着宽禁带(WBG)功率开关的出现，特别是SiC功率开关，新的设计方法得以实现。这类功率开关具有较低的开关损耗、较低的RDS(on)和低反向恢复体二极管优势。

　　在中高功率的功率因子校正应用(通常为6.6kW及以上)中，无桥图腾柱拓扑变得越来越普及。如图2所示，在这种拓扑中，慢桥臂(Q5-Q6)以电网频率(50-60Hz)开关，而快桥臂(Q1-Q4)则会进行电流整形和升压，并在硬开关模式下以更高频率(通常为65-110kHz)运行。尽管无桥图腾柱拓扑大幅提高了效率并减少了功率元件的数量，但它提高了控制方面的复杂性。

安森美：SiC如何推动车载充电技术向800V迈进

　　DC-DC级通常采用隔离式拓扑，使用变压器提供隔离，主要目的是根据电池的充电状态调节输出电压。尽管可以采用半桥拓扑，但当前主要采用双有源桥(DAB)转换器方案，例如谐振转换器(比如LLC、CLLC)或相移全桥 (PSFB)转换器。近来，谐振转换器，特别是LLC和CLLC，因其具备多项优势而受到广泛关注，具体优势包括宽软开关工作范围、双向工作能力以及将谐振电感和变压器整合到单个功率变压器中的便利性。

安森美：SiC如何推动车载充电技术向800V迈进

　　车载充电器应用中的SiC

　　对于400V电池组，通常首选SiC 650V器件。然而，对于800V结构，由于具有更高的电压要求，因此需要使用额定电压为1200V的器件。

　　车载充电器领域采用SiC的原因是其各项品质因数(FOM)表现出色。SiC在单位面积的具体RDS(on)、开关损耗、反向恢复二极管和击穿电压方面具备优势。这些优势使得基于SiC的方案能够在更高的温度下可靠地运行。利用这些出色的性能特点，可以实现更高效、更轻量的设计。因此，系统可以实现更高的功率水平(最高可达22kW)，而这是使用基于硅的传统方案(如 IGBT或超结)难以实现的。

　　虽然电动汽车采用更高功率的车载充电器可能不会直接影响汽车的续航里程，但它能够显著缩短充电时间，有助于解决续航焦虑问题。为了实现更快的充电速度，车载充电器的功率正在不断提高。SiC技术发挥着至关重要的作用，使这些系统变得更加高效，确保高效地转换电网电力，避免能源浪费。该技术使人们能够设计更紧凑、轻量和可靠的车载充电器系统。

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安森美：Hypelux IDXXXA系列让3D深度测量技术轻松落地
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安森美：Hypelux IDXXXA系列让3D深度测量技术轻松落地

　　现代工业自动化的成功离不开3D视觉技术的强大功能。传统的2D传感器只能提供平面图像，这使其在设备检测等应用中的效能大打折扣。2D传感器可以读取包含物品尺寸的条形码，但无法独立测量物体的实际形状和大小，更难以独立识别潜在的凹痕、缺陷或不规则之处。此外，2D传感器读取的数据易受光照条件的影响，不理想的光线往往会使关键区域变得模糊或失真。　　然而，深度感知技术通过模拟人类视觉，以3D方式处理Z轴，为突破这些限制带来了曙光。现在，深度摄像头可以分辨物体的完整性，对设备进行精确检查，甚至可以捕捉细微的面部特征，为门禁控制等应用提供强大支持。凭借这些出色性能，3D视觉成为了重塑市场格局的关键力量，给国防、航空航天、医疗、汽车、消费电子等各行各业带来了深远影响。无论是障碍物检测、面部识别、自动驾驶还是机器人助手，深度感知都已经成为了现代工业自动化领域不可或缺的重要技术。　　各种各样的深度感知技术都依赖于主动或被动视觉照明。基于被动照明的深度感知通常需要高度校准的立体传感器和视差，这与人眼的视觉机制非常相似。主动感知则会向目标发射光束，并利用反射的能量确定深度信息。这种技术需要一个能量发射器，但它优势明显，例如能够穿透云雾和烟尘、可以全天候工作，测量结果更加精准可靠。　　主动照明技术有以下几种：直接飞行时间(dToF)、间接飞行时间(iToF)、结构光和主动立体视觉。间接飞行时间(iToF)技术利用发射信号和接收信号之间的相位差来计算距离。这种方法准确性很高，并且照明硬件非常简单。　　本文将介绍安森美(onsemi)最新推出的产品系列——Hypelux ID。该系列在iToF技术领域取得了重大进展，能够提升当前工业和消费应用中的深度感知能力。　　现有iToF技术局限性导致其难以大规模普及　　iToF感知是许多应用的核心技术。常见的用例包括各种智能手机都支持的面部识别功能。然而，这种访问控制功能只能在近距离范围内发挥作用。除此之外，iToF技术还被广泛应用于机器视觉(MV)、机器人、增强现实/虚拟现实(AR/VR)、生物识别、患者监测等领域。目前，这些应用仅限于室内近距离(5米内)环境，针对不需要高分辨率的静止目标使用。iToF技术的潜在应用范围受到多重挑战的制约，具体涉及到运动问题，硬件和数据处理架构的开销与复杂性，以及对精密校准的需求。　　这些重大障碍迫使工程师们要么采用复杂且昂贵的3D方案来获取深度信息，要么彻底放弃获取深度信息方案。安森美凭借杰出的创新实力，强势推出Hyperlux ID 系列，成功突破了以往的技术限制，充分释放了iToF技术的核心优势。Hyperlux ID 的iToF实现方案将有望促使这项重要技术得到更广泛的应用。　　Hyperlux ID 技术进展详情介绍　　安森美的Hyperlux ID 感知系列首两款120万分辨率(MP) iToF 产品，即AF0130和AF0131。该系列将从以下四个关键方面改善传感器性能以及优化相关开发流程：　　1.获取移动目标的可靠深度信息　　2.优化分辨率和深度距离，提高准确性　　3.降低成本并减小尺寸　　4.减少校准时间　　下面将展开详细探讨以上四点。　　减少运动伪影　　为了实现更广泛的应用，iToF传感器必须能够有效处理移动目标，产生无运动伪影的准确结果。前文提到，iToF感知依赖于光反射，需利用四个或更多不同相位来计算深度。市面上现有的 iToF感知方案几乎都无法同时捕获和处理这些相位，因而难以应对移动目标的应用。Hyperlux ID深度传感器采用独特的专有集成和读出结构设计，可以通过兼具片上存储和实时处理能力的全局快门捕获快速移动目标，支持传送带操作、机械臂、监控、防撞、手势检测等应用。　　更高分辨率=更高准确性和更大深度　　目前市场上的大多数iToF传感器仅支持VGA分辨率，这导致其准确性不足，进而限制了其应用范围。前文提到，VGA之所以更为盛行，主要归因于其复杂的相位捕获机制以及数据密集型处理需求。　　相比之下，Hyperlux ID 传感器采用高性能3.5 µm 背照(BSI)像素设计，分辨率达1.2 MP (1280x960)。比VGA更高的分辨率给Hyperlux ID 传感器带来了更多优势，不仅扩展了其深度范围，在近距离使用时，它还能实现非常高的准确性，并支持使用广角光学元件。　　凭借更高的分辨率，Hyperlux ID传感器还进一步提高了量子效率，降低了深度抖动。所有这些性能改进的结合，为iToF传感器在高分辨率和深度需求突出的应用领域开辟了新的应用前景，比如手势识别、质量检测与控制、访问控制等。　　现有iToF方案(左)与安森美的新型先进Hyperlux ID iToF(右)　　更大范围　　得益于分辨率的提升，Hyperlux ID 深度传感器的深度测量范围优于当前市场上的其他iToF传感器。目前iToF产品的室内测量范围普遍小于10米，而Hyperlux ID iToF 传感器系列可以达到30米。高性能全局快门像素的采用，使得整个传感器阵列能够与主动红外光精准对齐，从而有效抑制其他红外源(包括常见的室内灯光和最具挑战性的太阳光)产生的干扰。　　校准和开发更加轻松　　要准确记录和计算相位差，必须先精确校准iToF传感器，这一过程通常非常耗时。为了简化此过程，我们开发了一种专有方法，使Hyperlux ID 传感器更便于校准，从而大幅缩短了设置时间。　　为了协助开发，安森美还打造了一套易于使用的开发套件，其中包括一个主板、一个传感器主板和一个激光板。此套件可在室内和室外使用，支持的范围为0.5 - 30 米，能够分析图像，进而生成深度图、3D点云以及相关的相位和深度数据。　　最后，通过使用扩频技术，许多iToF传感器和其他支持红外的设备可以在同一系统中协同工作，完全无需担心设备间的信号干扰。　　安森美的iToF传感器以更低成本实现更强大功能　　iToF传感器以其精准的3D深度测量能力，在工业和消费应用中占据了重要地位。安森美的Hyperlux ID 深度传感器显著提升了iToF深度感知技术的性能并简化了相关设计，为此类技术开创了崭新的应用未来。　　与目前市面上的iToF传感器相比，Hyperlux ID 深度传感器能够更有效地处理运动中、户外环境和更远距离的目标。此外，新颖的设计降低了Hyperlux ID 深度传感器的成本，减少了对电路板空间的需求，而且还更易于使用。　　Hyperlux ID 系列深度传感器目前包括两款产品：AF0130和AF0131。AF0130内置了深度处理功能，而AF0131则无此功能，更适合希望使用自有原创算法的客户。
2025-04-01 09:41 reading：60
线控技术驱动汽车智能化跃迁，安森美全链路技术护航
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线控技术驱动汽车智能化跃迁，安森美全链路技术护航

　　随着汽车电子技术的进步，电子控制系统的应用范围越来越广，汽车也越来越趋向于集成化、模块化、机电一体化及智能化方向发展。线控技术(Drive-by-wire)通过在刹车、油门、转向、挡位、悬挂等关键部分，由“电线”或者电信号来传递控制，取代了传统机械连接装置的硬连接来实现操控，正逐渐改变着车辆的控制方式和性能表现，为电动汽车发展提供了关键支撑。　　以汽车转向系统为例，过去十年在机械液压助力(HPS)、电动液压助力(EHPS)到电动助力转向(EPS)的迭代中，始终未能突破机械转向柱和传动机构的桎梏。　　而线控技术由传感器、计算控制单元和驱动芯片等关键部件组成，传感器负责收集车辆的各种状态信息，如车速、转向角度、加速度等，并将这些信息转化为电信号传输给计算控制单元。计算控制单元则根据预设的算法和接收到的信号进行快速运算和决策，生成相应的控制指令，再通过驱动芯片将电信号放大并传输给执行机构，如电机或电磁阀，从而实现了对车辆转向、制动和加速等系统的精准控制。　　线控技术得以被广大厂商所接纳的更深层次原因在于整车架构层面所发生的变革，符合汽车电子电气架构从传统分布式ECU架构转向基于中央计算平台+区域控制器实现的更灵活物理架构。这种重构带来的好处不仅是节省了车内空间、减轻了车辆重量，更让线控技术作为软件定义汽车(SDV)的重要组成，带来了汽车功能的全面数字化和智能化。　　此外，自动驾驶的终极需求则让线控技术革命加速进入深水区。高阶自动驾驶算法每秒产生数万次决策，传统机械系统的响应延迟可能让毫米级路径规划功亏一篑，而线控技术可以使车辆动态控制从模糊的机械反馈进化到电信号的精确可控。　　尤其是线控转向系统与其他车辆控制系统如电子稳定控制ESC协同工作，能够在车辆出现不稳定状态时，迅速、精准地调整车轮转向角度，及时稳定车辆，避免事故发生。即使在部分电子设备出现故障的情况下，系统的冗余设计也能确保车辆保持一定的转向控制能力，保障行车安全。　　对于驾驶员而言，在SDV架构下利用线控技术，方向盘和转向机构之间通过以太网进行实时通信，因此在不同驾驶场景下转向比是可调的，能够实现"千人千面"的个性化驾驶体验。　　从感知、通信到驱动控制，安森美(onsemi)构筑线控系统的技术护城河　　看似简单的电信号替代机械控制背后，是安森美构建的从感知、通信，到驱动与控制的全链路技术护城河，覆盖了高性能传感器、电源、信号链与隔离保护等多类产品。　　线控技术感知层面，安森美的研究与相关产品应用已颇有历史，例如向国际汽车零部件供应商海拉(HELLA)交付第10亿颗感应传感器，便是被用于海拉的汽车线控系统非接触型感应位置传感器(CIPOS®)技术。　　安森美针对汽车应用的电感位置传感器NCV77320可测量角度或线性位置，特殊结构让它在汽车复杂的环境中，免受其他杂散磁场的影响，抗干扰性强，因此在踏板、油门、底盘高度、执行器位置反馈等地方都可应用NCV77320。　　在通信层面，目前汽车网络架构下，高速千兆、万兆以太网，低速的CAN/LIN多种协议并存，需要复杂的网关和线束才能组成完整的全车通讯架构，总线利用率也比较低。10BAESE-T1S可以把全车的通讯架构，从高速骨干到终端节点，都无缝整合为完整的局域以太网。　　而安森美提供了汽车10BASE-T1S技术的NVN7410等系列芯片，支持半双工点对点模式以及多点模式，在物理层有冲突避免机制(PLCA)，无论网络中的节点数量多少，或数据包大小如何，系统都能以确定的顺序进行通信，不会受到随机冲突的影响。PLCA技术可以提高多节点网络的总线利用率，保证所有节点的最大通讯延时(Latency)。　　在线控技术系统的驱动与控制上，安森美与代理商富昌电子FDC设计中心合作开发三相桥驱动板采用了安森美的T10 MOSFET系列。T10系列基于全新的屏蔽栅极沟槽技术，相较于传统设计，显著提升了效率并有效降低了输出电容、RDS(ON)和栅极电荷。特别是在桥臂位置，使用了专为此类应用优化的T10-M版本，它在设计上具有极低的RDS(ON)，并配备了软恢复体二极管，进一步提高了整体性能和效率。此外，T10-M还有效减少了开关过程中的振铃、过冲和电磁干扰噪声，特别适用于电机驱动和负载开关等对开关速度和效率要求较高的应用场景。　　汽车应用中的中低压MOSFET应用安森美同样拥有丰富的产品线，例如这块板子在桥臂开关，相电流断路开关和电源防反向保护等关键部分也采用了安森美高性能MOSFET产品，比如桥臂开关采用了低RDS(ON)，增强SOA的T10M技术Power56封装，相电流断路开关采用了TCPAK封装，并结合了Top Cooling顶散热设计，优化了散热性能。在高功率密度应用中，这种设计能有效降低热积聚，提升了系统的可靠性和长期运行稳定性。整体来看，这些技术和设计的结合不仅确保了高效能的电机驱动，同时还大幅度提高了系统的整体可靠性和性能表现。　　为提升汽车智能化和能效，同时满足线控技术的多样化功率需求，安森美发布Treo平台，基于65纳米节点的BCD工艺，支持同行业领先的1- 90V宽电压范围和高达175°C的工作温度。基于Treo平台，安森美将构建多个产品系列，包括应用于线控系统中的电感式位置传感器、多相控制器、单对以太网控制器以及电压转换器、超低功耗模拟前端(AFE)、LDO、超声波传感器等，将在未来市场中发挥越来越重要的价值。
2025-03-21 09:09 reading：213
开关性能大幅提升！安森美M3S 与M2 SiC MOSFET直观对比
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开关性能大幅提升！安森美M3S 与M2 SiC MOSFET直观对比

　　安森美 (onsemi)的1200V 分立器件和模块中的 M3S 技术已经发布。M3S MOSFET 的导通电阻和开关损耗均较低，提供 650 V 和 1200 V 两种电压等级选项。本白皮书侧重于探讨专为低电池电压领域的高速开关应用而设计的先进 onsemi M3S 650 V SiC MOSFET 技术。通过各种特性测试和仿真，评估了 MOSFET 相对于同等竞争产品的性能。第一篇介绍SiC MOSFET的基础知识、M3S 技术和产品组合。本文为第二篇，将介绍电气特性、参数和品质因数、拓扑与仿真等。　　电气特性、参数和品质因数　　在本小节中，我们将比较 M3S SiC MOSFET (NVBG023N065M3S) 与 M2 器件 (NVBG060N065SC1) 以及竞争器件。我们选择了导通电阻和峰值电流均非常相似的表面贴装器件 (SMD) 作为开关，并在不同条件下进行了特性测试，以比较各器件的重要参数。　　a. 静态参数　　器件的导通损耗可以用关键参数 RDS(on)来衡量。因此，本小节在 25°C 和 175°C 结温下测量了器件的 RDS(on)特性。此外还在 15 V 和 18 V 两个不同的栅极-源极电压下进行了测量，其中导通脉冲宽度为 300 µs。　　测试得出的主要结论是NVBG023N065M3S 器件在各种电流水平下均具有稳定的 RDS(on)。NVBG023N065M3S 的 RDS(on)从 5 A 到 100 A 的偏差为 13%，而 NVBG060N065SC1 和竞争产品 A 的对应数值分别为 25% 和 26%。　　b. 动态参数　　SiC 器件的反向恢复电荷比 Si MOSFET 少，因此开通峰值电流更小，开通开关损耗也更低。为了更好地理解和量化开关损耗，通常使用 Ciss、Coss、Crss和 Qrr等关键参数进行评估。在大多数高功率应用中，Ciss、Coss、Crss的电压水平一般都超过 10 V。米勒电容 (Crss) 至关重要，因为它可以耦合漏极和栅极电压。　　在开关过程中，较低的 Crss减少了改变 MOSFET 状态所需提供或从栅极移除的电荷量。这使器件能够更快地在开通和关断状态之间进行转换，从而缩短电压电流同时较高的时间，减少开关损耗。图3比较了 M3S、M2 和竞争产品 A 之间的电容。　　安森美的新一代产品 NVBG023N065M3S 在 VDS≥ 11V 时的 Crss值较低，这有助于减少导通和关断开关损耗。此外，NVBG023N065M3S 的 Coss值非常接近竞争产品，并且在某些电压水平下优于其他器件。　　本文测量了几种负载电流条件下两种器件的开关损耗。测量过程采用双脉冲测试设置，测试条件设定如下：　　Vin= 400 V,　　Rg= 2 Ω − 4.7 Ω,　　Vgs_on= +18 V,　　Vgs_off= −3 V,　　开关电流 = [5A, 100A]　　每个器件的内部栅极电阻不同，因此总栅极电阻匹配为 6 Ω。下图为这三个器件在 25°C 时的开通、关断和总开关损耗。　　可以得出结论，与其他两款器件相比，NVBG023N065M3S 的开通和关断损耗更低。在 5 A 至 100 A 的负载电流范围内，NVBG023N065M3S 的平均总损耗与上一代器件 NVBG060N065SC1 相比减少了 31%，与竞争产品 A 相比减少了 42%。　　进行反向恢复测试时，漏极电流为 ID= {20 A, 40 A, 60 A}，总栅极电阻为 Rg, tot= 8.5 Ω，栅极电压为 Vgs= −3 V/18 V，温度为 25 °C。根据图 5 中的结果，与竞争产品 A 相比，安森美新一代 NVBG023N065M3S 的反向恢复时间更短、反向恢复电荷更少且反向恢复能量也更低，因此具有更优异的反向恢复性能。　　c. 参数和品质因数比较　　下表总结了各器件主要属性的比较情况。各数值的每个属性已根据 M3S 器件值进行归一化。　　根据上图，可以得出关于 NVBG023N065M3S 的以下结论：　　与竞争产品器件相比，开关损耗降低 35%。　　175°C 时，特定导通电阻比竞争产品器件低 28%。　　与竞争产品器件相比，反向恢复电荷低 26%。　　这证明 M3S 是适用于硬开关应用的出色技术。　　拓扑与仿真　　a. 基准拓扑　　安森美的 M3S SiC MOSFET 专为高频开关应用而设计，是车载充电器应用和 HV DC/DC 转换器的理想选择。相关器件经过专门定制，具有超低开关损耗，同时保持非常低的导通损耗，因此成为了图腾柱功率因数校正 (PFC) 转换器等硬开关应用的理想选择。此外，由于导通电阻 RDS(on)较低、开关损耗非常小，M3S 器件也是LLC 转换器、CLLC 转换器和相移全桥等软开关应用的优选。　　图腾柱 PFC 转换器是一种简单且高效的拓扑，广泛应用于需要高密度设计的领域。需要更高的功率和更高的能效时，可采用三相交错式图腾柱 PFC 转换器(如下图)。　　b. PFC 转换器的功率损耗比较示例　　在前面几小节中，我们通过测量值评估了导通和开关损耗，然后使用 PSIM 仿真程序对比了损耗情况。选择三相图腾柱 PFC 转换器作为拓扑，并采用以下测试条件(如图6所示)。　　Vin= 230 Vrms　　Vout= 400 V　　Rg, tot= 6.1 Ω　　Vgs= −5/18 V　　Fsw= 100 kHz　　Pout= 11 kW　　下表展示了每种器件满负荷(11 kW)时的功率损耗。可以观察到，NVBG023N065M3S 器件受益于较低的导通损耗以及较低的开关损耗，最终实现了更高的系统能效。　　结论　　安森美M3S 650V SiC MOSFET 技术在电力电子领域取得了重大进展，尤其适用于电动汽车 (EV) 和其他节能系统中的高速开关应用。从 M1 到 M3 的演进将特定导通电阻 (RSP) 降低 50% 以上，并引入了四引脚 TO-247-4 等封装创新，逐步提高了开关性能，这彰显了安森美致力于优化 MOSFET 设计的承诺。M3S 产品组合以低 RDS(on)和出色的开关性能而闻名，在车载充电器和 DC-DC 转换器等成本敏感型市场中占据领先技术地位。　　特性分析结果表明，M3S 与安森美前几代产品的性能优于竞争产品，开关损耗降低 31-42%，总开关损耗降低 35%。M3S的输出和反向电容较低，有助于加快开关速度，也因此成为了图腾柱 PFC 转换器等硬开关拓扑和 LLC 转换器等软开关拓扑的理想选择。此外，M3S SiC MOSFET 表现出优异的反向恢复性能，与竞争产品相比，恢复电荷和能量显著降低，进一步提高了系统能效。　　随着电动汽车系统对功率密度、能效和热性能的要求不断提高，M3S 技术解决了行业面临的关键挑战。搭配全面的产品组合，安森美M3S MOSFET 为高能效电源转换提供了多功能的可靠解决方案。
2025-03-18 15:30 reading：234
安森美：一文解读ADAS 系统中的关键传感器技术
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安森美：一文解读ADAS 系统中的关键传感器技术

　　交通安全是一项巨大的挑战--每年有 110 多万人因道路交通事故丧生，另有约2000万到5000万人受伤。　　造成这些事故的一个主要原因是驾驶员失误。汽车制造商和政府监管机构一直在寻找提高安全性的方法，近年来，先进驾驶辅助系统(ADAS)在帮助减少道路伤亡方面取得了巨大进步。　　安森美在开发ADAS所需的传感器技术方面发挥了重要作用。安森美发明了双转换增益像素技术和HDR(高动态范围)模式，这些技术现在被业界许多传感器采用，并开创了创新的超级曝光设计，使传感器既能提供出色的低照度性能，又能通过单个光电二极管捕捉 HDR 场景而不会出现饱和现象。　　由于这种市场和技术领导地位，因此目前道路上大多数ADAS图像传感器都是由安森美开发的。这些创新使安森美能够在过去的二十年里为汽车应用提供高性能的传感器，进而使ADAS在提高车辆安全方面产生了显著的影响。　　在本文中，我们将探讨 ADAS 在提高道路安全方面的作用，以及各种对实现这一目标至关重要的传感器技术。　　ADAS 的演变和重要性　　自上世纪 70 年代首次引入防抱死制动系统(ABS)以来，ADAS 技术在乘用车中的应用稳步增加，安全性也相应提高。据美国国家安全委员会(NSC)估计，仅在美国，ADAS就有可能避免约62%的交通死亡事故，每年可挽救超过20,000人的生命3。近年来，自动紧急制动(AEB)和前撞预警(FCW)等ADAS功能已变得越来越普及，超过四分之一的车辆都配备了这些功能，以帮助驾驶员预防事故并最终挽救生命。　　ADAS 需要多种技术协同工作。一套感知套件充当系统的“眼睛”，检测车辆周围环境并为系统的 “大脑 ”提供数据，后者利用这些数据计算出车辆的执行决策，以辅助驾驶员——例如，当检测到前方有车辆且驾驶员未踩下刹车时，AEB会自动刹车，使车辆及时停下，避免追尾碰撞。　　ADAS 感知套件由一个视觉系统组成，该系统包括一个车规级摄像头，其核心是一个高性能图像传感器，可捕捉车辆周围环境的视频流，用于检测车辆、行人、交通标志等，在低速行驶和停车情况下显示这些图像以辅助驾驶员。　　摄像头通常与毫米波雷达、激光雷达(LiDAR)或超声波传感器等深度感知系统匹配应用，这些传感器提供深度信息以增强摄像头的二维图像，增加冗余度并消除物体距离测量的模糊性。　　对于汽车制造商及其一级系统供应商来说，实施 ADAS 系统可能是一个挑战：处理多个传感器产生的所有数据的处理能力有限，而且传感器本身也有性能限制。汽车行业的要求决定了每个组件都必须具有极高的可靠性，不仅包括硬件，还包括相关的软件算法，因此需要进行大量测试以确保安全。系统还必须在最恶劣的照明和天气条件下保持稳定的性能，能够应对极端温度，并在整个车辆生命周期内可靠运行。　　ADAS 系统中的关键传感器技术　　现在让我们来详细了解一下 ADAS 中使用的一些关键传感器技术，包括图像传感器、激光雷达(LiDAR)和超声波传感器。每种传感器都会提供特定类型的数据，通过软件算法对这些数据进行处理，并将这些数据相互结合，从而生成对环境的准确而全面的了解。　　这一过程被称为传感器融合，它可以通过多种传感器模式的冗余来提高软件感知算法的准确性和可靠性，从而通过更高的置信度决策实现更高级别的安全。这些多传感器套件的复杂性可能会迅速上升，算法需要越来越强大的处理能力。与此同时，传感器本身也在变得越来越先进，从而可以在传感器级而不是在中央 ADAS 处理器上进行本地处理。　　汽车图像传感器　　图像传感器是车辆的 “眼睛”--可以说是任何配备 ADAS 的车辆中最重要的传感器类型。从自动紧急制动、前方碰撞预警和车道偏离警告等 “机器视觉 ”驾驶辅助功能，到用于泊车辅助的 360 度环视摄像头和用于电子后视镜的摄像头监控系统等 “人类视角 ”功能，再到可检测到分心或疲劳的驾驶员并发出警报以防止事故发生的驾驶员监控系统，图像传感器提供的图像数据可用于实现各种 ADAS 功能。　　安森美提供包括 Hyperlux 系列在内的各种图像传感器，这些传感器以低功耗提供出色的图像质量。Hyperlux 传感器像素架构包括创新的超级曝光成像方案，可通过 LED 闪烁缓解 (LFM) 捕获高动态范围 (HDR) 帧，克服了 LED 前后车灯或 LED 交通标志因为脉冲频闪造成的误读问题。　　Hyperlux图像传感器设计用于应对具有挑战性的汽车场景条件，例如在高架桥上方的直射阳光下，能够捕捉高达150分贝(dB)的动态范围。配备Hyperlux图像传感器的摄像头在处理极端情况时的表现远优于人眼，在远低于1 lux的光照水平下也能正常工作。　　安森美的 Hyperlux 图像传感器包括 800 万像素的 AR0823AT 和 300 万像素的 AR0341AT。这些数字 CMOS 图像传感器采用 Hyperlux 2.1 µm 超曝光单光电二极管像素技术，具有出色的低照度性能，同时还能在同一帧图像中捕捉高照度和低照度场景中的宽动态范围。超级曝光像素可在一帧图像中实现足够大的动态范围，从而实现 “无忧设置”的曝光方案，有效消除了在光线条件发生变化时自动调节曝光的需要，例如在晴天驶出隧道或停车场时。　　深度传感器(激光雷达)　　精确测量物体与传感器之间的距离被称为深度感知。深度信息可以消除场景中的模糊性，对于各种 ADAS 功能以及实现更高级别的 ADAS 和全自动驾驶至关重要。　　有多种技术可用于深度感知。如果要考虑深度性能，光探测和测距(激光雷达，LiDAR)是最佳选择。LiDAR 能够以高深度和角度分辨率进行深度感知，并且由于系统通过近红外(NIR)激光与传感器的配合实现了主动照明，因此可以在所有环境光条件下工作。它既适用于近距应用，也适用于远距应用。虽然低成本的毫米波雷达传感器在当今的汽车应用中更为普遍，但它们缺乏LiDAR 的角度分辨率，无法提供超出基本ADAS需求的更高级别自动驾驶所需的那种高分辨率三维点云环境信息。　　最常见的LiDAR架构是直接飞行时间(ToF)法，它通过发射一个短红外光脉冲，并测量信号从物体反射回到传感器所需的时间，从而能够直接计算出距离。LiDAR传感器通过在其视野范围内扫描光线来复制这一测量过程，以捕捉整个场景。　　安森美的ARRAYRDM-0112A20硅光电倍增管(SiPM)阵列是一种单光子敏感传感器，在单片阵列中具有 12 个通道，在近红外波长如905nm处具有高光子探测效率(PDE)，用于检测返回的脉冲。此SiPM阵列已被集成到一款LiDAR中4，该LiDAR装备在世界上首批提供真正“视线离开”的自动驾驶功能的乘用车上，使车辆具备了超越基础驾驶辅助的自动驾驶能力，即驾驶员可以不再关注路面情况。这种水平的自动驾驶功能，没有LiDAR深度感知的支持，至今尚未能在消费级车辆上可靠地实现。　　超声波传感器　　另一种用于距离测量的技术是超声波检测，即通过传感器发射频率超出人类听觉范围的声波，然后检测反弹回来的声音，从而通过飞行时间测量距离。　　超声波传感器可用于泊车辅助等近距离障碍物探测和低速操控应用。超声波传感器的一个优点是声音比光慢得多，因此反射声波返回传感器的时间通常为几微秒，而光的时间为纳秒，这意味着超声波传感器所需的处理性能要低得多，从而降低了系统成本。　　超声波传感器的一个例子是安森美 NCV75215 泊车距离测量 ASSP。在车辆停放过程中，该元件通过压电超声波变换器对障碍物的距离进行飞行时间测量。它可检测距离为 0.25 米至 4.5 米的物体，并具有高灵敏度和低噪声特点。　　结语　　车行业正持续大力投资于 ADAS，并追求车辆全自动驾驶的目标--超越由SAE定义的基本驾驶辅助功能(即L1级和L2级)6，迈向真正的自动驾驶能力(即SAE定义的L3级、L4级和L5级)。减少道路伤亡是这一趋势背后的主要动力之一，安森美的传感器技术将在这一汽车安全变革中发挥至关重要的作用。
2025-03-18 15:19 reading：237
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