安森美开设欧洲电动汽车系统应用实验室

发布时间：2023-11-21 10:54
作者：AMEYA360
来源：安森美
阅读量：1552

　　安森美(onsemi，美国纳斯达克股票代码：ON)宣布在斯洛伐克皮耶什佳尼(Piestany, Slovakia)开设应用测试实验室，专注于推进电池/插电式混合动力/电动汽车 (xEV) 和能源基础设施 (EI) 电源转换系统方案的迭代和创新。这先进的系统应用实验室提供专用设备，并与汽车主机厂(OEM)、一级供应商和 EI 供应商合作，开发和测试下一代硅 (Si) 和碳化硅 (SiC) 半导体解决方案。

安森美开设欧洲电动汽车系统应用实验室

　　现代半导体器件对于xEV动力总成和充电及可再生能源应用的高效电源转换至关重要。该实验室将发挥核心作用，确保未来电源产品的开发能根据客户的特定要求，提供高度差异化的增值解决方案。

　　设施包括两个高压电源实验室，专注于系统和器件级的开发，以及对SiC/Si主驱逆变器和ACDC/DCDC电源转换器进行评估。另外还包括激光焊接设施、机械无尘室和车间，能够进一步加快创建下一代系统解决方案的快速原型和增强其测试能力。

　　针对下一代系统解决方案的评估能力包括：

　　*24/7 不间断测试

　　*自主研发并获得专利许可的软件和硬件解决方案，以支持通过空间矢量调制 (SVM) 和正弦脉冲宽度调制 (SPWM) 进行高压功率循环

　　*高精度记录设备，用于评估SiC和Si的健康状况和可靠性

　　*模拟逆变器在运行过程中所面临的恶劣条件，测试水冷器件在低至-50℃和高达220℃温度下的性能

　　*大量业界公认的软件，可用于对FPGA和ARM微控制器进行现场编程，以及验证测试、数据分析和3D建模

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　　据最新数据，安森美半导体第三季度营收环比增长2%至17.6亿美元，符合预期;非公认会计准则每股收益为0.99美元，同比增长0.02美元;调整后营业利润为4.965亿美元，超出分析师预期的4.834亿美元。　　其中，汽车收入环比增长5%，主要由碳化硅和ADAS图像传感器驱动。工业收入环比下降6%，同比下降29%。毛利率保持强劲，为45.4%，自由现金流环比增长41%。　　安森美半导体总裁兼首席执行官Hassane El-Khoury表示，尽管业绩超出预期，公司仍将专注于在当前环境下通过执行和审慎的财务管理实现持续业绩。随着主要市场的电力需求持续扩增以及效率要求成为最优先考虑目标，安森美将透过投资以扩大在汽车、工业和人工智能(AI)数据中心市场的占有率。　　Hassane El-Khoury在 2020 年接任首席执行官后，安森美一直在增加对碳化硅的投资，碳化硅是电动汽车和数据中心的关键部件。El-Khoury 谈到数据中心时表示：“我们赢得了北美四大超大规模运营商中的三家的设计胜利，预计将在 2025 年为收入做出贡献。”　　展望未来，该公司预计第四季度营收为17.1至18.1亿美元，预期为17.8亿美元，每股收益为0.92至1.04美元，分析师预期为1.00美元。　　德州仪器也在稍早公布了第三季度财报，业绩也得到环比增长的走势。德州仪器第三季度营收为41.5 亿美元，环比增长 9%，超出分析师预期的41.2亿美元，净利润为13.6 亿美元，每股收益为1.47 美元。　　虽然德州仪器认为工业市场疲软，但其它终端市场已经呈现回暖，如智能手机和PC供应商的订单有所改善，推动了德州仪器半导体(用于电力电子设备)的销售表现，该领域业绩呈现环比增长。德州仪器的其他终端市场包括汽车、个人电子及通讯设备领域。　　值得注意的是，德州仪器指出，第3季中国车用业绩创新高，电动车是主要成长动能，个人消电、通讯设备与企业系统三个市场呈现周期性复苏，第3季通常是个人电子最旺季，未来整体业绩关键仍在于工业与车用(中国以外市场)的状况，工业目前仍在持续调整库存、但处于谷底附近。
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　　在数字化时代，海量数据的产生已经成为常态，从智能手机到物联网设备，数据源已经无处不在。传统的云计算模式虽然强大，但也存在着延迟、带宽和数据隐私等问题。边缘智能利用分布式计算，将AI算法和数据处理推向数据源附近的边缘设备，以实现低延迟、高效率和实时决策，这便是其兴起之由来。　　边缘智能现阶段在多个领域都具有潜在的应用价值，例如工业自动化领域实现智能制造提工厂设备的效率和可维护性、在智能交通领域实现高级驾驶辅助与道路环境监控、医疗保健领域实现远程健康监护等。作为全球半导体行业的佼佼者，安森美(onsemi)也凭借其在图像传感器、低功耗蓝牙MCU以及助听器SoC产品设计的深厚技术积累，助力终端系统实现更智能的决策，为边缘智能的广泛应用铺设基石。　　引领视觉系统革命，图像传感器开启智能视觉时代　　边缘智能终端系统应能够实时地处理和分析数据，以便对环境和用户需求做出迅速响应，以图像传感器为例，随着技术的飞速发展，现代图像传感器被要求赋予更多智能化特性，不仅仅是视觉信息的捕捉者，更是智能分析与决策的前端执行者，便是边缘智能趋势的直观体现。　　尽管边缘智能具有巨大的潜力，但也面临着一系列技术挑战，在智能可穿戴、智能家居乃至不断衍生出的新兴AI等细分应用领域，视觉系统便需要以尽可能低的成本、尺寸、功耗提供更高的分辨、理解和判断能力。安森美的图像传感器技术在全球汽车和工业市场占据领先地位，其核心竞争力在于智能感知能力的深度优化，Hyperlux LP系列传感器功耗超低，支持内置的运动侦测功能，可以只需要在侦测到运动物体时快速唤醒系统工作，进一步优化了系统的功耗，内部采用了堆栈式架构设计，能最大限度地减少产品体积，最小型号小如一粒米。　　以AR0822传感器为典型，其内置了高动态范围融合算法和运动物体捕捉算法，能够在保证图像质量的同时，大大降低系统资源的消耗，支持多种多次曝光合成线性化拟合功能——DLO (Digital Lateral Overflow) 以及SCMAX (Smooth Combination Max) 智能拟合，这种模式降低了多次曝光合成时的亮度临界区域的噪声，实现了120dB的图像数据输出，有效减少了后端处理器的接收数据和处理时间，提升了图像细节的呈现效果。此外，AR0822还具备增强的近红外灵敏度和像素合并(binning)/开窗输出(windowing)等精密的摄像功能。　　更进一步，结合深度学习和神经网络技术的图像传感器设计正引领着智能感知的新浪潮，这些传感器通过集成或紧密配合专用的AI处理单元，能在边缘侧直接执行复杂的目标识别、分类甚至预测任务。为了在更复杂多样的环境中更精准、快速的输出场景信息，安森美的图像传感器未来将会集成更高分辨率，更快速率，嵌入更多的智能算法甚至深度算法、以及非可见光波段的检测等，为边缘智能带来更精美、更细致的图像。　　低功耗蓝牙构建边缘智能设备连接生态　　由于边缘智能硬件的实时性要求极高，蓝牙低功耗(BLE)技术已经成为当前最热门的电子产品连接技术之一，广泛应用于消费电子、工业、汽车、医疗保健、计算机、智能建筑等领域，市场发展空间极为惊人。安森美推出的蓝牙低功耗5.2无线微控制器RSL10和最新RSL15低功耗蓝牙芯片，通过采用先进的半导体工艺和双核架构，确保了实时性要求较高的应用能够在终端层面完成相关计算，避免了数据传输至云端处理产生的时延。这一设计思路不仅优化了系统的整体能效，还确保了数据处理的即时性和系统的自主性。　　低功耗蓝牙MCU方案充分利用了蓝牙标准的特性，如更高的数据传输速率、更远的传输距离和广播数据扩展功能，使得它们成为物联网设备，尤其是那些依赖电池供电智能设备的理想选择，极大地丰富边缘设备的通信能力和应用场景，包括设备资产监控，精准的定位服务在远程医疗场景等，在保持长时间运行的同时，快速响应用户指令或环境变化，执行数据采集、简单分析乃至决策任务，而无需频繁与云端交互，从而大幅降低了功耗，延长了设备的工作周期。　　另一个典型的应用案例便是安森美近期发布的先进的微型AFE CEM102，可高精度测量电化学信息和安培电流，其设计为与RSL15蓝牙5.2认证无线微控制器配合使用，与单独的方案相比，该组合方案精度更高、噪声更小且功耗更低，能简化物料单并提高配置灵活性，最终释放更多开发资源。更重要的是，该方案的灵活性使其不仅适用于基于电化学测量的传感器，还能用于需准确测量小电流的多种传感器，让设计人员能够为传感应用开发出精度更高、功耗更低、外形更紧凑的边缘智能设备，例如可穿戴医疗监护方案进一步改善用户体验，真正将智能决策推向了设备边缘。　　健康关怀升级，助听器SoC设计的智能芯意　　边缘智能的浪潮同样也席卷了医疗市场，尤其是随着人口老龄化，用户对智能化诊疗体验需求的不断提升，个性化医护设备如助听器的设计不再是简单的音频放大组件，而需要变得更为专业及智能，从而进化为集成了高级数字信号处理、人工智能算法与低功耗管理的微型计算平台。通过采用先进的AI算法，助听器最好能够实时分析周围环境声音，智能识别并增强语音信号，同时有效抑制背景噪音，使得佩戴者即便在嘈杂环境下也能享受到清晰、自然的对话体验。这种智能化的处理能力直接在助听器内部完成，无需依赖外部云服务，既保证了数据处理的即时性，又保护了用户的隐私安全，充分彰显了边缘智能在提升用户体验与保护个人隐私方面的双重价值。　　安森美拥有30多年的助听器芯片设计经验，是行业内领先的助听器芯片供应商，打造了一系列先进的专业数字助听器/OTC辅听方案，包括Ezairo 7160、Ezairo 8300/8310、J10/J20低功耗蓝牙无线OTC等平台。针对个性化与智能化的行业需求，安森美的助听器解决方案与时俱进，从早期的130nm到现在的22nm工艺，从双核到6核，确保方案在性能、功耗和延时方面都得到了较大的提升，比如在语音延迟方面，安森美的主流方案可以做到3ms以下。此外由于蓝牙低功耗技术的发展，带蓝牙功能的无线助听器方案日渐流行，比如J10/Ezairo7160就是典型的无线助听器解决方案。　　Ezairo 8300/8310则更适应未来助听器功能需求，Ezairo8300/8310的ADC位数更高，在常规处理基础上，扩展到了6核解决方案，处理能力提升了一倍以上。其中内置了一颗NNA神经网络加速器，可解决AI离线计算的需求，在低功耗状态下能够进行语音唤醒、调整音量、基本参数调整等本地处理，甚至可以根据用户听力曲线和使用情况，结合用户使用助听器的习惯，通过深度学习的算法来实现自动适配功能。另外，传统的环境场景分类功能靠特定算法来实现，如果有了神经网络加速器，环境分类算法就会更灵活，可以实现更加精准的环境场景识别和切换。AI功能的引入，可以提升对不同应用场景的自动切换，并增加了自动侦测语音阵列，可以更好地让使用者接收到有价值的语音而不受环境噪音的干扰。　　未来，随着端侧设备变得更加强大和智能，边缘智能也将在智能家居、自动驾驶和医疗保健等领域持续发挥关键作用扩大应用市场。安森美凭借深厚的技术积累和市场洞察，从硬件到软件，从产品到解决方案全面布局，无论是提升智能感知的精度与效率，还是优化数据处理的即时性与能耗，都在不断突破创新为用户提供更高效、更可靠的智能解决方案，与客户共同推动边缘智能技术的边界，开启一个更加智能互联的世界。
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　　今日，安森美 (onsemi) 推出采用 F5BP 封装的最新一代硅和碳化硅混合功率集成模块 (PIM)，非常适合用于提高大型太阳能组串式逆变器或储能系统 (ESS) 的功率。与前几代产品相比，这些模块在相同尺寸下提供了更高的功率密度和效率，将太阳能逆变器的总系统功率从 300 kW提高到 350 kW。这意味着，使用最新一代模块的装机容量为一千兆瓦的大型太阳能发电场，每小时可实现近两兆瓦的节能效果，相当于每年为超过 700 户家庭供电。此外，要达到与上一代产品相同的功率，所需的模块数量更少，可将功率器件的元器件成本降低 25% 以上。　　由于太阳能发电的平准化能源成本 (LCOE) 最低，太阳能正日益成为全球可再生能源发电的首选。为了弥补太阳能发电的不稳定性，公用事业运营商也在增设大型电池储能系统 (BESS) ，以确保电网的稳定供能。为了支持这种系统组合，制造商和公用事业公司需要能够提供最高效率和可靠电力转换的解决方案。每提高 0.1% 的效率，对于每千兆瓦装机容量，每年可节省 25 万美元的运营成本。　　“作为一种依赖阳光的波动性能源，我们需要不断提高系统效率和可靠性，并采用先进储能解决方案，以确保全球电网在电力需求高峰期和非高峰期的稳定性和可靠性。”安森美电源方案事业群工业电源部副总裁 Sravan Vanaparthy 表示，“更高效的基础设施会促进采用，并确保随着更多太阳能发电设施的建成，减少能源浪费，推动我们在摆脱化石燃料的道路上不断前进。”　　F5BP-PIM集成了1050V FS7 IGBT和1200V D3 EliteSiC二极管，实现高电压和大电流转换的同时降低功耗并提高可靠性。FS7 IGBT 关断损耗低，可将开关损耗降低达 8%，而EliteSiC二极管则提供了卓越的开关性能，与前几代产品相比，导通压降 (VF) 降低了15%。　　这些PIM包含了一种创新的I型中点箝位 (INPC) 拓扑结构的逆变器模块和飞跨电容拓扑结构的升压模块。这些模块还使用了优化的电气布局和先进的直接铜键合 (DBC) 基板，以降低杂散电感和热阻。此外，铜基板进一步将结到散热片的热阻降低了9.3%，确保模块在重载下保持冷却。这种热管理对于保持模块的效率和使用寿命至关重要，使其在需要可靠和持续供电的苛刻应用中非常有效。
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安森美：OBC设计不断升级，揭秘如何适应更高功率等级和电压
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安森美：OBC设计不断升级，揭秘如何适应更高功率等级和电压

　　消费者需求不断攀升，电动汽车(EV)必须延长续航里程，方可与传统的内燃机(ICE)汽车相媲美。解决这个问题主要有两种方法：在不显著增加电池尺寸或重量的情况下提升电池容量，或提高主驱逆变器等关键高功率器件的运行能效。为应对电子元件导通损耗和开关损耗造成的巨大功率损耗，汽车制造商正在通过提高电池电压来增加车辆的续航里程。　　由此，800 V 电池架构越来越普及，并可能最终取代目前的400 V 技术。然而，电池容量越大，所需的充电时间就越长，这正是车主的另一个顾虑，意味着若在抵达目的地前需中途充电，将要等待很长时间。　　因此，就像需要提高电池电压一样，汽车整车厂商也必须跟上电动汽车车载充电器(OBC)的发展步伐，而首先要考虑的是必须支持800 V 电池架构和处理更高的电压。为此，现行的标准650 V 额定芯片元件需过渡到额定电压最高达1200 V 的芯片元件。此外，为加快电池充电速率，对更高额定功率OBC的需求也在日益增长。　　消费者迫切需要更出色的性能　　OBC能够将交流电转换为直流电，因而可以让汽车利用电网等交流电源进行充电。充电站的输出峰值会明显限制充电速度，同样的，OBC的峰值功率处理能力也是充电速度的一大影响因素。　　在目前的充电基础设施中，充电桩分为三个等级：　　1 级的最大功率为 3.6 kW　　2 级的功率为 3.6 kW 到大约 22 kW ，与 OBC 的最大容量相当　　3 级提供直流电，无需使用 OBC，功率为 50 kW 到 350+ kW　　尽管速度较快的3级直流充电站已投入使用，但其在全球范围内分布有限，因此OBC仍然不可或缺。此外，许多企业正尽可能提高现有2级充电基础设施的性能并促进更高电压电池技术的采用，市场对更高能效OBC的需求预计仍将持续增长。　　表1：OBC的不同功率等级及其对80 kWh 电池充电时间的影响　　表1列举了常见的OBC功率等级及大致充电时间。为加快充电速度、满足消费者需求，行业已开始转向更强大的三相OBC。然而，电动汽车的实际充电时间取决于多个因素。　　首先我们需要明确一点，充电并不是一个线性过程。当电池接近满容量(通常超过80%)时，充电速度会减慢，以保护电池健康。简单来说，电池电量越满，接受电能的速度就越慢。电动汽车通常不是满电状态，许多电动汽车制造商通常也不建议频繁待电量耗至0%再充满至100%，而是只需充一部分(例如最高充到80%)，这样可显著缩短充电时间。此外，电气化趋势正逐渐延伸到公共汽车、货车、重型车辆和农业用车等各种车辆类型甚至是船舶，OBC还将继续发展，目标是实现22 kW 以上更高功率等级。　　汽车整车厂商可以通过构建更强大的OBC来提高2级充电站的充电速度，但这需要利用经济高效且性能可靠的电子元件，来实现更高的电压(800 V，而非400 V)和更高的功率等级。　　更高性能OBC的关键设计考虑因素　　对于更高性能的OBC，除了额定功率和电池电压之外，还有许多因素需要考虑。其中包括散热管理、封装限制、器件成本、电磁兼容性(EMC)以及对双向充电的潜在需求。　　谈到散热管理，很容易想到增加OBC的尺寸和重量。然而，这种简单的方案并不理想，因为电动汽车的空间有限，难以容纳过于庞大OBC，而且重量增加也会导致缩短车辆的续航里程。　　800 V 电池架构可以带来诸多益处，例如减少导通损耗、提高性能、加快充电和电力输送速度等，但也为设计师带来了许多复杂难题：　　器件供应：寻找适合 800 V 安全运转的器件可能会很困难。　　降额以确保可靠性：即使是合格的器件也可能需要降额，也就是以低于最大容量的功率运转，以确保长期可靠性。　　安全问题：更高电压的系统需要强大的绝缘和安全功能。　　测试和验证：验证高电压系统更为复杂，可能需要专门的设备和专业知识。　　为此，需要用到击穿电压更高的元件，对于MOSFET而言尤其如此。事实证明，在需要更快MOSFET开关的更高电压应用(例如OBC)中，改用高性能碳化硅(SiC)元件将大有裨益。开发PCB布局时，考虑电压等级也至关重要，因为可能需要相应地扩大元件间距和PCB走线之间的距离。同样，暴露于更高电压的其他器件(例如连接器、变压器、电容)也需要更高的额定值。　　改进OBC设计，提升性能和功能　　安森美(onsemi)是一家值得信赖的高功率汽车应用功率模块供应商，可以为向800 V 电池系统过渡提供强大支持。安森美先进的EliteSiC 1200 V MOSFET和汽车功率模块(APM)能够实现更高的功率密度，在汽车设计领域一直深受认可。　　图2：EliteSiC 1200V MOSFET 采用TO247-4L封装，提供开尔文源极连接(第3根引线)，可消除栅极驱动环路内共源极寄生电感的影响　　APM32功率模块系列集成安森美先进的1200 V SiC 器件，针对800 V 电池架构进行了优化，更适用于高电压和功率级OBC。APM32系列包括用于功率因数校正(PFC)级的三相桥模块，例如采用1200 V 40 mΩ EliteSiC MOSFET(集成温度感测)的NVXK2VR40WDT2。该模块专为11 – 22 kW OBC 终端应用而设计。　　相较于分立方案，APM32模块技术具有多种优势，包括尺寸更小、散热设计更佳、杂散电感更低、内部键合电阻更低、电流能力更强、EMC性能更好、可靠性更高等，从而有助于创建高性能双向OBC(图3)。这不仅能够增强车辆OBC的功能，还能让电动汽车充当移动的电池储能器。　　　图3的OBC功率级示例中包含升压型三相PFC和双向CLLC全桥转换器，用于提供必要的功率和电压处理及先进的双向充电功能。　　在全球各地逐渐转向太阳能和风能等可持续能源之际，电网的电力供应有时可能供不应求。充满电的电动汽车能够作为重要的储能资源，用来支援电网的峰值需求，或者在建筑物主要电源受损的紧急情况下使用。利用安森美APM32等模块，OBC可以实现电动汽车电池的双向能量传输。由此，电池存储的能量可以短暂地为房屋供电，之后还能随时充电。　　可靠的设计和供应　　与一些将封装技术外包的竞争对手不同，安森美的APM系列均在内部设计和制造，因而能够更好地掌控散热优化。此外，安森美为制造商提供了一系列封装和制造选项，包括裸片、分立元件或模块，从而确保有合适的方案支持任何先进的OBC设计。　　结论　　OBC技术正蓬勃发展，不仅能帮助汽车制造商满足消费者对电动汽车的需求，还能有效应对800 V 电池架构等新技术趋势。利用安森美系统方案(例如APM32功率模块)，汽车设计人员可以简化流程并有效满足新需求，从而在大量减少设计工作的同时，确保更高的质量、可靠性和供应链一致性。　　此外，安森美还提供广泛的技术支持、仿真及其他电源方案，其中包含EliteSiC 1200 V M1和M3SMOSFET、EliteSiC 1200V D1和D3二极管，以及电隔离栅极驱动器、CAN收发器和可复位保险丝等配套器件，旨在助力实现全面、高性能的OBC设计。
2024-08-15 09:20 阅读量：608
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