新能源汽车关键系统电控技术

1、新能源汽车技术电机控制2022/1/29索引 xx简介 新能源车应用实例 EV系统和xx产品 电机控制技术和MCU产品23xx简介344xx在中国Renesas Electronics Corporation5xx电子公司概要电子公司概要5Renesas Electronics Corporation5xx电子株式会社电子株式会社Renesas Electronics Corporation2002年年11月月1日日 以以NEC电子（株）的名称开始营业电子（株）的名称开始营业2010年年4月月1日日 以以xx电子（株）的名称开始营业电子（株）的名称开始营业代表董事、代表董事、董事长兼董事长兼C

2、EO 作田久男作田久男代表董事、总经理代表董事、总经理兼兼COO 鹤丸哲也鹤丸哲也从事半导体相关的研究、开发、设计、生产、销售及服务等从事半导体相关的研究、开发、设计、生产、销售及服务等日本东京都千代田区大手町日本东京都千代田区大手町2-6-2日本大厦日本大厦 邮编：邮编：100-0004约约27,200人（截至人（截至2014年年3月月31日）日）8330亿日元（约亿日元（约81亿亿US$) / 2013财政年度（截至财政年度（截至2014年年3月月31日）日）6xxxx电子的业务方向电子的业务方向6绿色科技绿色科技多媒体集成技术多媒体集成技术World No.1 or 2 Business

3、 - 8位 MCU- 16位 MCU - 32位 MCU- 汽车级MCU- 安防MCUMCU模拟与功率器件模拟与功率器件SoC汽车电子汽车电子基础设施工业，基础设施工业， 嵌入式系统嵌入式系统云计算云计算云家庭手机关注三大产品市场的全球业务关注三大产品市场的全球业务#1#26#1#1#1#1- 功率MOSFET- IPD - IGBT - 光学元件（LD，耦合器）- 电机驱动 - LED驱动 - LCD驱动 #1#2- 手机/RFIC-专用处理器-DTV/STB SoC - 消费/工业类ASIC - 网络存储设备 - USB3.0 #1#17汽车电子的三个主要方向汽车电子的三个主要方向7绿色绿

4、色安全安全舒适舒适HEV: Hybrid Electric Vehicle, EV: Electric VehicleITS: Intelligent Transport SystemHEV/EV, Clean dieselClean up emissionActive/Passive safetyDriver AssistanceCar Navi/ITS, BodyMultimedia, networking8完整汽车电子解决方案 8R-Car for NavigationOptical coupler, IGBT,Power MOS, AFETotal Automotive Solutio

5、n by RENESAS CAN LIN FlexRay SAFE-by-WIRE MOST BluetoothPower MOS Airbag TPMS Safety Cont.IMAPCAR, IMP/IMRPower MOSDriverSafetyADAS Collision Warning Parking Assistant Back monitor Night visionBody & Security Power Door Power Window Air Conditioning Mirror, Wiper Lighting IPD, Power MOS, LED Dri

6、ver Dashboard Car Audio Connectivity Audio Car Navigation Entertainment ITS/ GPSInfotainmentSteering /EPS Brake/ABS Suspensions Chassis ControlChassis Engine Control HEV/EV Motor AT Control TransmissionPower TrainNetworking89 Bit Ranking8-bit No.116-bit No.132-bit No.1Year 2011Year 2011 34% 34% Mark

7、et ShareMarket ShareSource: Gartners 2011 Global Semiconductor Market Share, published on March 31, 2012. Above chart is developed by Renesas Electronics based on Gartners data. n 作为世界首屈一指的供应商，在作为世界首屈一指的供应商，在2011年占据年占据34%的市场份额。的市场份额。世界领先的MCU业务MUS$/Year150911131100973961938683593508FreescaleInfineonA

8、tmelTIMicrochipSTMicroFujitsuSamsungNXP429910Year 201Year 2013 3 1 16.6.6 6% % Market ShareMarket Share百万美元百万美元/ /年年515n xx电子为电子为2013财年财年中国第一位的中国第一位的MCU供应商，占总市场份额供应商，占总市场份额 的的16.6%。数据来源: IHS“2013大中华半导体器件市场份额,微控制器(MCU),中国/香港”, 2014年4月发布版, 图表由xx电子基于该数据报告生成。 325286245157155145110103100FreescaleMicrochi

9、pSTMicroInfineonAtmelHuadaNXPToshibaTI中国微控制器市场排名11Renesas Confidential11xx汽车电子MCU市场份额 2012 Renesas Electronics Corporation. All rights reserved.11世界第一的汽车电子世界第一的汽车电子MCU供应商，在供应商，在2012年占据年占据43.5%的市场份额。的市场份额。Year 2012 43.5% Market Share车车身身电子电子音音频频音响音响底底盘盘安全安全安全气囊安全气囊仪表仪表电电子子动力总成动力总成31%21%40%52%50%33%12

10、新能源车应用实例Renesas inside Toyota 3rd generation PRIUS13Leveling R8C RS25xxx (MSIG)Sun Roof H8Air Bag H8SXSeat Sensor R8CColor Back Guide Monitor M32R R8Axxxxx (SOC)Pump R8C RJJ0 xxx RJM0 xxxAVN H8S M16CMulti Information M32CEngine V850HV control V850 Power MOS MG (Motor/Generator) 2x V850 Opto-coupler

11、IGBT deviceECB V850Main Body ECU V850 Power Window 78K0 and analogEPS V850Battery ECU 78K0Air ConditionerCompressor V850 Power MOSSift By Wire (SBW) M16CDRL RJE0 xxxNavi R8A77xxx R8A64xxx (SOC)Suspension HA13xxxxSmart Key HATxxxxLEDLamp H7N1xxx H7N0 xxx限投影展示1314Renesas Nissan Leaf14Vehicle control S

12、H, 78K0, PoMOSInverter control SH, R8CBrake M32R, R8C, PoMOSVehicle dynamic control M32R, R8C, PoMOSBattery control V850, Mixed signalCharger control SH, IGBT(PLC)Air ConditionerCompressor M16CMain Body ECU V850Cluster V850, Mixed signalNavi SH, V850限投影展示15FI-ECU SH, H8HAAir Bag H8/R5NAVISH,M12240FP

13、MY2011 Honda Fit-HEV Semiconductor productsMotor & Batt-Cont UnitBattery ControlM32, M16C, HA, HSMMotor ControlV850Rear wiper HA/HZABSV850EPS V850AVN Monitor M16CHeadlamp HA/HZAuto-Leveling R8CHA, HZ, HA, HA限投影展示16EV系统和xx产品17新能源汽车的划分轻混 Mild HEV全混 Full HEV纯电动 Pure EV增程式 Range Extender EV插电式 Plug-

14、in HEV常规动力车主主驱电驱电机机驱动驱动充充电电控制控制模模块块启停系统辅辅助助电电机机发动机驱动燃料电池 Fuel Cell Vehicle (FCV)携携带发电带发电引擎引擎18适用于EV/HEV 系统的市场技术趋势电机和电池2008201020122014201620182020安全性OEM趋势HEV轻混HEV纯 EVIdle stop功能安全性误操作控制轮毂电机降低了系统成本扩展电机速度范围占位空间小高效率电机控制集成型功能 (电池/ 2个电机/ 车辆控制)电池管理从低端到高端的最优化PHEV用于跛行回家的更少传感器，SR电机，适用于SIC的电机控制，GaN. 增程式燃料电池电池

15、单位控制超过125度的高温模型库开发新能源汽车方面，xx可以提供的产品19Motor /GeneratorResolverLi-Ion BatteryCellCellCellLiBCM -ICMotor ECUMotor MCUInverter ECUBattery ManagementECUVehicle control ECUMCUDC/DCConverterPlug-in Charger(for P-HEV, EV)IGBT ,GDR,ISOSeparate or MergingHVAC CompressorMotor Motor Electric Heater*EPSWater pum

16、pOil pumpCooling fanHVPD, GDR, ISOMCUPoMOS FETMCUPoMOS FETMCUPoMOS FETMCUPoMOS FETMCUHVPD, GDR, ISOMCUHVPD,GDR,ISOHVPD, GDR, ISOISOMCUMMMMMMMMLiBCM -ICLiBCM -ICAFE/Modem -ICMCUMCUAnalogPower旋变传感器锂聚合物电池CellCellCellLiBCM -IC电机控制 ECUMotor MCU逆变器控制 ECU电池管理ECU整车控制器 ECUMCUDC/DCConverterPlug-in Charger(for

17、 P-HEV, EV)IGBT ,GDR,ISOSeparate or MergingHVAC CompressorMotor Motor Electric Heater*EPSWater pumpOil pumpCooling fanHVPD, GDR, ISOMCUPoMOS FETMCUPoMOS FETMCUPoMOS FETMCUPoMOS FETMCUHVPD, GDR, ISOMCUHVPD,GDR,ISOHVPD, GDR, ISOISOMCUMMMMMMMMLiBCM -ICLiBCM -ICAFE/Modem -ICMCUMCUAnalogPower电动机/发电机HVPD:

18、 High Voltage Power DeviceGDR: Gate DriverISO: IsolatorLiBCM: Li-ion Battery Cell MonitorAFE: Analog Front End 20电机控制技术和MCU产品电机控制系统的结构21Inverter ECU电电机控制器机控制器MCUIGBTIGBTIGBTIGBTIGBTIGBTCAN T/R电源RDC-ICISOISOISOISOISOISOGDRGDRGDRGDRGDRGDRAmpAmpAmpAmp旋旋转变压转变压器器传传感器感器电电机机CAN T/R电电机机专专用用定定时时器器ADCCANCANCS

19、IEMURESETMCU: SH72AW : xx产品WDTESOTPBISO : IsolatorGDR : IGBT gate driverAmp : OP ampCAN T/R : CAN Transceiver receiverEEPROMMCU 电机控制MCU22W/WJapan系统集成度(电池, 双电机)精简器件降低成本缩减代码量降低CPU占有率、低功耗高性能MCU内核片内高速Flash电机专用高效定时器增强型电机控制单元6通路同步采样AD内置旋变解码器内置EEPROM NeedsMCU Concept内置RDC的微控制器(SH72AW/AY)23 高性能 CPU 控制精度更高，有

20、条件增加新功能 内置RDC-IC,EEPROM 集成度高，电路板尺寸更小Motor control ECU高性能高性能小尺寸小尺寸低成本低成本旧产品新产品Motor control ECUMCURDC-ICPower ICT/R内置RDCMCURDC : Resolver Digital Converter M/GM/G : Motor/ GeneratorR : Resolver SensorRM/GRSubMCU EEPROMTrT/RWDTSH72AW/AY硬件和软件参考 设计容易上手，缩短开发周期。xx电机控制用MCU的产品规划*MG (Motor Generator)DCLS: Du

21、al core lock stepSCLS: Single core lock stepVehicle Control / Battery ManagementDC/DCRH850/P1xRH850/F1x*RH850/F1x* 2011 2014 2016 2020V850E2/PG4-S 512KB, 1 RDCRH850/C1H240MHz,DCLS2 RDCMotor IP (EMU2)RH850/C1M240MHz, SCLS1 RDCMotor IP (EMU2)for2 motorRH850/C1x320MHz, DCLS2 RDCNext Motor IPfor2 motorR

22、H850/C1x320MHz, SCLS1 RDCNext Motor IPSH72AW768KB, 1 RDCSH72AY768KB, 1 RDCMotor IP (EMU)RL78/F1xRL78/F1yRH850/P2xRH850/F1xRH850/F1xStep1Step2SH72Ax系列(SH72AW/AY)25MTU-III (电机电机)6x Comp, 6x PWM封装：裸露焊盘封装：裸露焊盘LQFP 176引脚引脚 0.5mm 引脚间距引脚间距I/O端口端口闪存闪存（单压自行编程）EMU (SH72AY)增强的电机控制单元2x A/D 转换器转换器AD0: 8通道 x 12位A

23、D1: 14通道 x 12位6通道 S&H4x CMT(16位位)3x RCAN3x 16 独立缓冲器192 共享缓冲器2x SBI 3线(SPI)调试调试I/F(AUD-II, UBC, H-UDI)WDT768KB闪存闪存, 96KB RAMSH2A160 MHz电源：1.5/5V-40 至+125CFPUDMA 13通道通道2x RPGT2x PWM , 256缓冲器4x SCI (异步/同步UART)32KB EEPROM (数据闪存数据闪存) 数据数据 CRC1x RDC(多摩川多摩川 AU6802)PLL量产量产26通过与TAMAGAWA SEIKI合作，xx能够提出带有R

24、DC的旋变传感器和MCU。.通过与TAMAGAWA SEIKI合作，xx能够强力支持RDC。我们开发了采用xx工艺的新款。（RC03F:90nm）.= 小芯片+ 高速度 xx在具有专利自由的xxMCU中，采用RDC的TAMAGAWA前线技术，R/D 转换器TEG芯片TAMAGAWA SEIKI RDC 模拟和模拟和xxSH2A MCU的配合的配合我们在SH-2A中采用RDC，作为重要IP= xx实现了高规格的电机控制，并降低ECU的尺寸，缩减系统成本。TAMAGAWA RD 转换器AU6802N1（0.72m Bi-CMOS）xx RC03F(90nm）工艺xxRDC-IP电机控制IP简介27

25、Motor FB loop 50us（20KHz）5usec可以缩减软件控制时间。Motor IPsoftware电机控制IP的基本理念是与ADC和RDC共同工作。通过CPU计算数据,将参数设置到寄存器控制PWM输出。安装了具有矢量控制的电流回路，进行PWM控制。可以输出这种方波以实现对于HV的高速旋转控制。可设参数调整PWM输出。只有SH72AY具有此电流环控制单元。 工作频率约为40MHz或80MHz执行时间（电流环）约为5us 或更少P a t t e r n generatorqO u t p u t patternu,v,wd,qPIu,v,wd,q3 PhaseModulation

26、PIeiu,iweU,V,W+vdvqiqidiu,iw conversionR/D 12位A/DInstruction value of iqeU,V,W3 phase PWMsquare wavee矢量控制的电流环回路Instruction value of id e Lq Iqe Ld Id + e 方波输出3 phase PWMsquare waveSquare IPInput IPPWM IPAngle generation IP28AD0Data transferInput IPPWM IPInterruptprocessingStart trigsoftwareSoftware

27、trigOutput U0PWM dutyCarrier wave控制流程的示例控制流程的示例3 phase PWMsquare wave控制模型控制模型Input IPPWM IPAngle generation IP可以设定参数。可以选择中断处理。 电机控制电机控制IP简介简介R/D 12位A/D电机控制IPOutputselecterSoftwareSquare IP3相PWM方波For unnecessary interruptOutput U1工艺简介2930历代汽车MCU架构第二代第三代第四代第五代0.18/0.25um150nm90nm40nm系列系列（车体，汽车音频）（车体，汽

28、车音频）+V850ES/Fx2V850E/Fx320MHz, CAN/LIN512KB闪存闪存48MHz, CAN/LIN1.5MB闪存闪存V850E2/Fx4160MHz, 4MB闪存闪存V850E/PH03,PG212位位 ADC V850E/Dx3CAN/LINV850E2/Dx42D 3D 图画图画视频视频78K0R/Fx3Ta=140C, 小型封装小型封装HEV/EVV850E2/PJ4High-K, 40nm工艺工艺+更低功耗更低功耗90nm 工艺工艺系统系统模拟模拟V850E2/DR4-3D300MHzSH72531160MHz, 1.25MB SH72567200MHz, 4M

29、B R8C/3xCAN, 128KBR8C/2CAN, 128KBM32CM16CSH72513140MHz, 2MB SH7227LSDC, 1MBSH7147H8SX256KBR32C1MB Scalable SH72AW/AYV850E2/PG4-S160MHz31高性能和低功耗高性能和低功耗40nm闪存闪存MCU mA/MHz2.811.08(90nm)Competitor(90nm)(40nm)0.51(38%)90nm工艺工艺40nm工艺工艺90nm MCU40nm MCU世界最小的闪存世界最小的闪存 MCU，尺寸为，尺寸为40nm40nm MCU仅仅90nm模块的模块的25%最小的尺寸最小的尺寸最低的功耗最低的功耗领先的领先的40nm闪存闪存MCU工艺技术工艺技术最小的模尺寸和最低的功耗最小的模尺寸和最低的功耗 工具和方案支持3233适用于SH72AW/AY的合作伙伴工具33n