當dang今jin的de汽qi車che正zheng朝chao著zhe提ti供gong高gao能neng效xiao同tong時shi對dui環huan境jing影ying響xiang降jiang至zhi最zui低di的de方fang向xiang發fa展zhan。但dan就jiu長chang遠yuan而er言yan，以yi非fei石shi油you為wei基ji礎chu的de動dong力li係xi統tong似si乎hu是shi最zui具ju前qian景jing的de解jie決jue方fang案an；與此同時，汽車工業正在推出基於現有技術引入更多改進。一項主要趨勢是混合動力化（hybridization）

，其中微混合動力（包括停止-啟動係統）和輕度（mild）混合動力存在大量增長機會。這些“適度混合動力”方案可能看上去已經過氣，但業界仍在圍繞這些應用進行大量電子及機械開發。

 

本文將首先審視一些跟倫德爾（Lundell）式電動機（更廣為人知的名稱是“交流發電機”）xiangguandechixugaijindejijiashili。youyucaiyonglegenghaodedianzikongzhi，tadenengxiaotishengle
，gengduodenengliangbeihuifu，fadongjipinfanqidongdeyingxiangbeichulipingshunle。本文的第二部分將重點介紹汽車中加入的更多傳感器
，這zhe些xie傳chuan感gan器qi將jiang幫bang助zhu進jin一yi步bu降jiang低di傳chuan統tong內nei燃ran發fa動dong機ji對dui石shi油you的de依yi賴lai。最zui後hou一yi段duan闡chan釋shi現xian有you電dian感gan型xing傳chuan感gan器qi技ji術shu可ke以yi怎zen樣yang優you化hua刹sha車che踏ta板ban以yi幫bang助zhu汽qi車che節jie省sheng更geng多duo能neng量liang。

 

 

在啟動交流發電機係統中，無源整流二極管被大電流開關替代。這些開關負責驅動啟動交流發電機
，使其作為電機（啟動機模式）
，並在交流發電機內部產生的定子電流上執行同步整流（交流發電機模式）。同步整流大幅通過以高導電性的通道分流（本體）二極管，提升交流發電機能效，將正向壓降降至低於150 mV。

 

圖1：交流發電機中的同步整流

 

此應用的一項主要功能挑戰就是確保在定子電流反向時開關以極快速度關斷；開關關斷有任何延遲都會導致不必要的電池放電，其方式跟常規二極管的反向恢複非常類似。有鑒於此
，預驅動器IC包(bao)含(han)在(zai)自(zi)主(zhu)門(men)極(ji)控(kong)製(zhi)環(huan)路(lu)內(nei)部(bu)工(gong)作(zuo)的(de)高(gao)歪(wai)曲(qu)率(lv)驅(qu)動(dong)器(qi)，設(she)計(ji)目(mu)的(de)是(shi)在(zai)整(zheng)流(liu)期(qi)間(jian)歐(ou)姆(mu)損(sun)耗(hao)與(yu)電(dian)流(liu)符(fu)號(hao)改(gai)變(bian)時(shi)的(de)過(guo)渡(du)損(sun)耗(hao)之(zhi)間(jian)取(qu)得(de)盡(jin)可(ke)能(neng)最(zui)佳(jia)的(de)折(zhe)衷(zhong)。在(zai)IC中集成這些預驅動器相當複雜。

 

首先，它要求多種不同電壓域共存在同一個矽襯底上，同時確保這些電壓域之間的可靠通信。

 

其次，啟動交流發電機的驅動器IC被置於可能是環境最惡劣的位置，可能會遭受電池反向
、負載突降、陰極接地轉移、定子相位上極大的dV/dt（數量級為每微 秒100 V）、電磁幹擾等多種瞬態事件。同樣，使用差分技術及細致管理矽襯底上的寄生（雙極）效應，有可能采用高性價比的降壓技術而非絕緣矽（SOI）技術來構建此類IC。

 

圖2：啟動交流發電機中采用強固的預驅動器來控製高門極-源極電容（Cgs）的MOSFET

 

除了傳統鉛酸電池

，我們看到越來越多的儲能組件被用於啟動-停止係統中的電源網絡

，如鋰離子電池、超級電容等。在這些係統中
，安全領域變得跟核心功能一樣重要。因此，我們看到ISO26262安全標準越來越多地進入我們的視野，有時會導致相當部分矽片麵積專門用於監測應用
，檢測此IC及其伴侶IC的運行健全狀況，並在有需要的情況下確保安全狀態。

 

最後，智能電路及大功率元器件在緊鄰位置的組合表示控製電路的結點溫度大幅上升
；在應用中需要考慮工作結點溫度高於175℃的情形並不罕見。此外，在元器件認證階段，可能使用高達200℃的溫度來進一步加速老化過程
，以將使用壽命測試時長保持在合理的2

，000小時之內。通過使用帶有擴展溫度範圍的矽工藝，並在設計階段將在設計約束考慮在內
，就能夠有效地應對這個挑戰。

 

內燃發動機中使用的傳感技術

 

傳感器在使當代內燃發動機達到前所未有的能效水平，同時還將排放降至最低。例如，空氣流量（MAF）傳感器衡量進入發動機燃燒室的空氣量
，從而精確噴入恰當數量的燃油。而在發動機的另一端

，氧氣和氮氧化物（NOx）傳感器直接測量廢氣成分，並將信息饋送回給發動機控製單元（ECU）。

 

壓力傳感器的進襲事實上無所不在，代表了一種伴隨內燃機演進及追求增強控製的趨勢。最初是歧管絕對壓力（MAP）傳感器
，此傳感器是使用MAF傳感器之外的另一選擇。隨著燃油噴射技術的進步，需要汽車直噴（GDI）及柴油直噴（DDI）壓力傳感器來配合通過直接連接至每個氣缸燃燒室的共軌燃油管測量噴射的燃油壓力。後者某些時候要求柴油微粒過濾器（DPF）來減少油煙，而DPF需要要求傳感器來幫助維持適當的工作條件。即使是在發動機外部，胎壓監測係統（TPMS）確保輪胎恰當充氣

，從而不僅提供更好的安全性
，還提供更高的燃油效率，因為輪胎滾動阻力減小了。

 

壓(ya)力(li)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)另(ling)一(yi)個(ge)前(qian)沿(yan)陣(zhen)地(di)是(shi)燃(ran)燒(shao)室(shi)本(ben)身(shen)。為(wei)了(le)提(ti)供(gong)最(zui)終(zhong)的(de)燃(ran)燒(shao)控(kong)製(zhi)，其(qi)中(zhong)一(yi)個(ge)必(bi)要(yao)條(tiao)件(jian)是(shi)隨(sui)時(shi)都(dou)精(jing)確(que)知(zhi)道(dao)所(suo)有(you)氣(qi)缸(gang)內(nei)的(de)壓(ya)力(li)。某(mou)些(xie)類(lei)型(xing)的(de)清(qing)潔(jie)柴(chai)油(you)發(fa)動(dong)機(ji)已(yi)經(jing)在(zai)氣(qi)缸(gang)內(nei)壓(ya)力(li)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)幫(bang)助(zhu)下(xia)運(yun)轉(zhuan)。那(na)些(xie)相(xiang)同(tong)的(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)也(ye)是(shi)正(zheng)在(zai)研(yan)究(jiu)的(de)新(xin)發(fa)動(dong)機(ji)的(de)關(guan)鍵(jian)推(tui)動(dong)因(yin)素(su)
，一(yi)個(ge)例(li)子(zi)就(jiu)是(shi)均(jun)質(zhi)充(chong)量(liang)壓(ya)縮(suo)點(dian)火(huo)（HCCI）
，此ci技ji術shu的de目mu標biao是shi結jie合he汽qi油you發fa動dong機ji的de低di排pai放fang及ji柴chai油you發fa動dong機ji的de能neng效xiao。所suo有you這zhe些xie進jin步bu都dou提ti出chu了le新xin的de技ji術shu挑tiao戰zhan
，要yao求qiu越yue來lai越yue複fu雜za的de集ji成cheng電dian子zi電dian路lu來lai因yin應ying這zhe些xie挑tiao戰zhan。舉ju例li來lai說shuo


，更geng好hao的de控kong製zhi要yao求qiu更geng高gao的de精jing度du，而er目mu前qian0.5%的(de)容(rong)限(xian)很(hen)常(chang)見(jian)。與(yu)此(ci)同(tong)時(shi)，隨(sui)著(zhe)壓(ya)力(li)傳(chuan)感(gan)功(gong)能(neng)的(de)布(bu)局(ju)移(yi)向(xiang)更(geng)接(jie)近(jin)發(fa)動(dong)機(ji)的(de)中(zhong)心(xin)
，工(gong)作(zuo)溫(wen)度(du)範(fan)圍(wei)持(chi)續(xu)擴(kuo)展(zhan)。這(zhe)就(jiu)對(dui)傳(chuan)感(gan)元(yuan)件(jian)及(ji)補(bu)償(chang)其(qi)非(fei)理(li)想(xiang)特(te)性(xing)所(suo)需(xu)的(de)電(dian)子(zi)電(dian)路(lu)施(shi)加(jia)了(le)額(e)外(wai)的(de)限(xian)製(zhi)。

 

新一代壓力傳感器IC的框圖如圖3所示。低噪聲模擬前端開始提供高精度性能，隨後是高精度Σ-Δ（sigma-delta）模數轉換器（ADC）。複雜的數字信號處理為傳感元件的偏移和靈敏度提供非線性溫度補償。常見的5 V模擬輸出逐漸被單邊半字節傳輸（SENT）及PSI5等標準數字輸出替代。此方法通過省去傳感器中的輸出數模轉換及ECU端的模數轉換
，減小總量化誤差。

 

每個傳感器在生產時都被校準，補償係數存儲在內部EEPROM中。

 

圖3 ： 用於壓力傳感器的下一代精密信號調理接口IC框圖

 

 

典型刹車踏板僅有一個開關

，用於幫助確定什麼時候應該導通刹車燈。隨著刹車能量回收（regen）功gong能neng的de增zeng添tian，就jiu需xu要yao新xin的de刹sha車che踏ta板ban位wei置zhi傳chuan感gan器qi。本ben質zhi上shang而er言yan
，標biao準zhun摩mo擦ca刹sha車che係xi統tong采cai用yong測ce量liang刹sha車che踏ta板ban精jing確que位wei移yi的de控kong製zhi係xi統tong來lai升sheng級ji。當dang刹sha車che踏ta板ban僅jin輕qing微wei位wei移yi時shi

，摩mo擦ca刹sha車che係xi統tong不bu會hui激ji活huo。在zai這zhe個ge“回收帶”，能量回收係統將測量刹車踏板位移，並確定移動中汽車的多少運動能量需要轉移到臨時能量存儲。這能量存儲可以采用多種形式；原設備製造商（OEM）可能傾向於氣壓或液壓蓄力器、48 V電池

、chaojidianrong，huozheshenzhishifeilun。qingduhunhedongliqichehuizaixiayigejiasujieduanjiangcunchudenengliangzhuanhuanhuizhiyouxianshijiandetuijindongli，erweihunhedongliqichejinshiyongdianqihuishoujishu，zaigengchangdeshijianduanneiweibanwang（boardnet）供電。

 

為了測量“回收帶”期間刹車踏板的確切位置，可以使用像給加速踏板使用的類似的技術。圖4顯示了這類應用免接觸式傳感器方案的框圖。

 

圖4：電感型位置傳感器應用框圖

 

安(an)森(sen)美(mei)半(ban)導(dao)體(ti)開(kai)發(fa)的(de)定(ding)製(zhi)電(dian)感(gan)型(xing)傳(chuan)感(gan)器(qi)接(jie)口(kou)充(chong)分(fen)利(li)用(yong)先(xian)進(jin)的(de)前(qian)端(duan)濾(lv)波(bo)器(qi)，還(hai)結(jie)合(he)了(le)智(zhi)能(neng)處(chu)理(li)功(gong)能(neng)。片(pian)上(shang)驅(qu)動(dong)器(qi)通(tong)過(guo)最(zui)少(shao)一(yi)個(ge)勵(li)磁(ci)電(dian)感(gan)刺(ci)激(ji)傳(chuan)感(gan)器(qi)。傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)耦(ou)合(he)輸(shu)出(chu)電(dian)感(gan)會(hui)產(chan)生(sheng)包(bao)含(han)勵(li)磁(ci)電(dian)感(gan)與(yu)輸(shu)出(chu)電(dian)感(gan)相(xiang)對(dui)位(wei)置(zhi)信(xin)息(xi)的(de)信(xin)號(hao)。電(dian)感(gan)相(xiang)對(dui)位(wei)置(zhi)的(de)變(bian)化(hua)在(zai)很(hen)大(da)程(cheng)度(du)上(shang)取(qu)決(jue)於(yu)所(suo)選(xuan)擇(ze)的(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)設(she)計(ji)，它(ta)通(tong)常(chang)是(shi)線(xian)性(xing)或(huo)旋(xuan)轉(zhuan)運(yun)動(dong)的(de)結(jie)果(guo)。然(ran)後(hou)，此(ci)集(ji)成(cheng)電(dian)路(lu)將(jiang)將(jiang)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)電(dian)氣(qi)輸(shu)入(ru)和(he)輸(shu)出(chu)信(xin)號(hao)轉(zhuan)換(huan)為(wei)數(shu)字(zi)位(wei)置(zhi)信(xin)息(xi)。解(jie)析(xi)出(chu)的(de)位(wei)置(zhi)信(xin)號(hao)然(ran)後(hou)通(tong)過(guo)接(jie)口(kou)傳(chuan)送(song)給(gei)微(wei)控(kong)製(zhi)器(qi)，具(ju)體(ti)什(shen)麼(me)接(jie)口(kou)取(qu)決(jue)於(yu)客(ke)戶(hu)要(yao)求(qiu)或(huo)偏(pian)好(hao)。可(ke)以(yi)選(xuan)擇(ze)專(zhuan)有(you)混(hun)合(he)信(xin)號(hao)方(fang)案(an)來(lai)配(pei)合(he)傳(chuan)感(gan)器(qi)接(jie)口(kou)輸(shu)出(chu)格(ge)式(shi)，包(bao)括(kuo)比(bi)例(li)電(dian)壓(ya)、正弦-餘弦（Sin-Cos）電壓、脈寬調製（PWM）、 SENT或PSI5.

 

傳感器領域的半導體供應商除了具備所要求的技能，還應對ISO26262標準呈現出正確的態度。汽車中的許多踏板應用跟安全直接相關，需要通過恰當的ISO26262理解、方法及工具集方式因應。可以在跟某些功能共用相同結果
、提供獨立數據輸出的冗餘型配置中使用電感型傳感器，在模塊級達到ASIL-D要求。新興的回收應用結合新的適合安全標準，正在推動行業朝向開發與電感型傳感器連接的新的集成電路。

 

電dian子zi元yuan器qi件jian開kai發fa者zhe及ji供gong應ying商shang正zheng在zai趨qu向xiang未wei來lai汽qi車che動dong力li係xi統tong在zai道dao路lu上shang創chuang造zao不bu同tong。雖sui然ran微wei混hun合he及ji輕qing度du混hun合he動dong力li汽qi車che提ti供gong相xiang對dui適shi度du的de燃ran油you經jing濟ji性xing提ti升sheng
，但dan它ta們men的de性xing價jia比bi很hen高gao。恰qia好hao是shi這zhe種zhong強qiang固gu的de汽qi車che逐zhu步bu改gai善shan途tu徑jing將jiang使shi大da多duo數shu汽qi車che朝chao向xiang新xin技ji術shu穩wen步bu演yan進jin
，同tong時shi還hai構gou建jian下xia一yi代dai動dong力li係xi統tong的de基ji礎chu。來lai源yuan：電子發燒友。

【推薦閱讀】