恩智浦推出用于电动汽车牵引逆变器控制的MCU

我们今天以恩智浦半导体公司宣布其最新的以电动汽车（EV）为核心的微控制器，拉开了对电子交易会的报道。11月15日至19日在德国慕尼黑举行的电子贸易博览会。我们很高兴能和我们的EETech团队一起走进展会大厅。

今天，恩智浦推出了用于电动汽车的S32K39系列MCU。具体而言，该系列解决了现代电动汽车设计的一系列复杂要求。

 

All About Circuits主编Jeff Child在恩智浦位于Electronica的展位上与恩智浦的Brian Carlson谈论该公司新的S32K39 MCU。

 

在本文中，我们讨论了S32K39为电动汽车设计解决的问题，研究了该设备的细节，并分享了我们采访恩智浦全球产品和解决方案营销总监Brian Carlson时的见解，他是汽车处理-车辆控制和网络解决方案。

 

新型电动汽车设计的三大关键要求

卡尔森表示，S32K39解决了现代电动汽车设计中的三个关键问题。首先，它满足了新型电动汽车牵引逆变器控制的需求。这需要将性能、集成、网络、安全和功能安全相结合。其次，MCU支持使用时间敏感网络（TSN）以太网的远程智能驱动应用程序，用于新的区域车辆架构。最后，该设备通过提供ASIL D软件解析器和模拟集成来降低系统成本。

在电动汽车中，牵引逆变器子系统在电动汽车上发挥着核心作用。电动机控制车辆的加速和停车，并且必须与制动器协同工作。电动汽车的牵引逆变器集所有智能于一身。

正如卡尔森所解释的，牵引逆变器是S32K39充当“大脑”的地方。考虑到这一点，该设备提供了几个直接关注牵引逆变器问题的功能。这些如下图所示。

 

S32K39 MCU旨在满足围绕电动汽车牵引逆变器子系统的电动汽车设计需求。图像由恩智浦提供

 

增加续航里程是电动汽车设计的一个基本目标。你能从电池中获得多少效率是等式的一部分。同时，每一点降低整体重量的集成都会带来更大的续航里程。ASIL D的高功能安全性也至关重要，尤其是在汽车增加更多自主性的情况下。

能够扩大电机的数量是当今设计的一个关键趋势。入门级电动汽车可能使用单电机，而中级轿车或SUV可能希望提高性能并采用双电机。另一个趋势是将电机相位从3相电机增加到6相。S32K39支持这些多电机设计和6相或3相电机选项。

 

TSN以太网和高速交换

重要的是，S32K39不仅支持以太网，还支持时间敏感网络（TSN）以太网。这使得能够支持区域远程智能启动。卡尔森说：“通过TSN，我实际上可以直接驱动电机。”。S32K39可以进行电机控制，并连接到恩智浦的S32E2控制器之一，以作为整个电动汽车控制器并进行功率转换。

 

在这种电动汽车设计中，S32K39是“智能”执行器的大脑，用于双电机控制，而S32E2用于电动汽车的整体推进控制。图像由恩智浦提供

 

卡尔森表示，S32K39的高性能处理能力转化为更快的切换速度。S32K39可以并行执行两个200kHx的控制循环。这将适应新兴的栅极驱动器和开关的新型高速开关技术。卡尔森说：“如今，这些频率通常在10 kHz范围内，但随着SiC（碳化硅）和氮化镓（GaN）等新技术的应用，它们将上升到200 kHz。”。

卡尔森表示，这些功能是为什么像S32K39这样的MCU不是改编自内燃机汽车MCU的设备，而是专门为现代电动汽车设计的MCU的例子。

 

S32K39 MCU体系结构的详细信息

现在来看一下S32K39设备的细节，MCU的核心是一组以320 MHz运行的Arm Cortex M7 CPU内核。这些由集成的NXP CoolFlux DSP块进行补充。

卡尔森表示，DSP使设计者能够摆脱对外部组件的需求，从而实现解析器和过滤功能。此外，通过集成DSP，工程师可以进行自定义滤波器。这意味着他们可以做更先进的算法，并且可以随着时间的推移进行改进。

卡尔森说：“他们不仅仅依赖于供应商给他们的东西——一种硬版本的东西。”。“他们可以灵活地为自己的应用程序进行定制。这也减轻了一些所需的性能。而且它降低了成本，因为它去掉了提供该功能所需的外部部件。”

 

S32K39 MCU的框图。图像由恩智浦提供。（点击图片放大）

 

MCU的另一个关键部件是它的两个电机控制协处理器。完整的电动汽车电机可以在电机控制核心A和电机控制核心B中的每一个上运行。事实上，处理器可以按照设计者的意愿展开。卡尔森说，这可以实现灵活性。

 

“我们为客户提供了灵活性，因为有些人在Arm处理器上进行一些处理，有些人在协处理器上进行处理，或者在协处理器的组合上进行处理。这让他们可以自由地优化解决方案。这一切都与灵活性有关。”

 

丰富的芯片模拟资源

就芯片的模拟块而言，MCU具有∑-Δ模数转换器（ADC），这对于解析器功能的高分辨率非常重要。MCU还具有多达7个SAR ADC，可启用69个SAR ADC通道。还有12个通道的高分辨率PWM（脉宽调制）和双模拟比较器。

S32K39拥有嵌入式硬件安全引擎（HSE_B）。卡尔森表示，这允许设备在启动时进行可信执行（安全启动）。为公钥基础设施（PKI）提供了完全加密，用于空中传送（OTA）固件更新。

 

为新的复杂电动汽车挑战做好准备

毫无疑问，设计当今的新型电动汽车是一项复杂的工程挑战。基于内燃机的汽车与进化的机械和化学过程有着内在的联系。相比之下，电动汽车本质上是一大套复杂的电子电路，这意味着它们可以更快地以完全不同的规模利用嵌入式电子技术的进步。可以说，像恩智浦新的S32K39 MCU系列这样的解决方案代表了这一趋势的生动例子。