根據乘聯會的數據，今年1到4月份，新能源汽車產銷雙雙超過70萬輛，分別達到了75萬輛和73.2萬輛，已經連續10個月刷新了當月銷售記錄。全國乘用車市場信息聯席會秘書長崔東樹更是預測今年新能源乘用車銷量突破220萬輛，整個新能源汽車市場或達250萬輛規模。

盡管銷售火熱，但其實很多消費者對于購買電動汽車仍然還有很多的顧慮，比如電池的安全性、充電的便捷程度、續航里程，以及比燃油車更高的成本等等。這些問題或多或少地阻礙了新能源汽車的進一步普及。

據麥肯錫的一份報告顯示，電動汽車的平均生產成本比傳統燃油車高出12000美元。要縮小這個成本差距，同時提高效率、可靠性和延長續航里程，對汽車設計工程師來說是一個不小的挑戰。不過電動汽車動力總成集成解決方案或許是個不錯的選擇。

動力總成集成方案可將系統尺寸和成本均降低50%

最開始，人們認為電動汽車于燃油汽車之間價格差異是由電池造成的，的確，電池的成本在電動汽車內占有很大的比重，不過隨著技術的進步和電池廠商的努力，電池成本未來有望大幅降低。但其實除了電池之外，動力總成，即電力電子組件也是造成電動汽車與燃油車之間成本差距的原因之一。

圖：德州儀器中國區汽車業務部現場技術應用經理周東寶。

在電動汽車的傳統動力傳統系統中，常常包括了電機控制器、高壓配電單元、DC/DC、車載充電器，電源管理系統（BMS）等等。德州儀器中國區汽車業務部現場技術應用經理周東寶認為，如果能夠把這些模塊集成在一起，做成集成解決方案，將不僅可以降低整個系統的尺寸，也能進一步降低成本。

他舉例說，根據不同的集成模塊數量，可以分為二合一、三合一，及五合一幾種不同的集成解決方案。根據集成的難易程度，還可以把動力總成集成分為基礎的機械層面集成，即物理集成，以及更加復雜的控制邏輯和功率層級方面的集成。

據周東寶介紹，通過使用TI的解決方案，客戶可以實現從分布式的電源架構到單個動力域的控制器的方案轉變。整個系統的復雜程度也會隨著整合級別的增加而提高，對客戶的收益也會越來越高，不過，他也坦承，集成度越高，面臨的挑戰也會越多。

周東寶進一步指出，集成化的方案可以從以下幾個方面來幫助客戶將整個系統的尺寸和成本降低50%。

第一，電驅動系統多合一的集成化的解決方案，通過共享外殼的耦合以及冷卻系統，減少連接器的數量；
第二，通過更進一步的共享控制電路以及共享功率電路等，有效地降低電驅動系統的體積、重量和成本，同時提高電驅動系統的功率密度；
第三，更好地實現輕量化，有助于延長電動汽車的續航里程；
第四，通過整體上對系統進行熱性能的優化，保證系統的可靠性。同時，因為功能安全是現在電驅動系統里面非常重要的一個設計指標，所以TI集成化的解決方案也有助于簡化功能安全系統的開發和認證工作。

TI的動力總成集成方案是如何實現的？

從TI的電機控制器、車載充電器（OBC）和DC/DC的三合一解決方案可以看出，三合一的解決方案可以大幅地優化整個系統的架構，通過共享部分的控制電路降低了整個驅動系統的重量和體積。

周東寶介紹說，TI的三合一動力總成集成解決方案用了C2000系列微控制器、集成驅動器的GaN場效應晶體管、隔離驅動器UCC5870、以及溫度傳感器TMP126等TI的產品。

他進一步解釋，首先，采用了C2000系列微控制器，可以提供高達925MIPS的處理能力，結合其靈活配置的高精度PWM模塊，可以非常輕松地適配各種復雜的電源拓樸，以及更高階的控制算法，從而實現整個系統的更高效率。內置了非常豐富的模擬功能模塊，比如內置的DC、DAC以及比較器等模塊。通過這些模塊可以實現低至30ns以內的響應時間，響應一些診斷保護和故障等。這個控制響應完全是純硬件的控制，不需要CPU模塊的參與，也可更進一步地提高系統的可靠性。

第二，采用集成驅動器的GaN場效應晶體管，可以將開關管的門極電容和輸出電容做得比硅管更低，同時，因為GaN器件沒有傳統MOSFET寄生二極管的反向恢復問題，所以能以高達2.2MHz的開關頻率來工作，同時保持非常低的開關損耗。再結合TI定制開發的低寄生電感的增強散熱型的切片式封裝，可以實現兩倍的功率密度提升，以及將磁性元器件減小59%。在氮化鎵功率器件內，內置了數字溫度的采樣功能，以提供實時的溫度信息，從而可以更靈活地去實現動態系統的熱管理。對于一些常用的過流、短路、過溫和欠壓等保護功能，TI也都把它集成到氮化鎵的開關管里面，客戶無需再額外加分立電路來實現這些功能。同時內置的短路和過流保護的電路可以在低至100ns的時間來響應，從而也提高了系統的可靠性。

第三，隔離驅動器UCC5870系列可以提供高達15A的峰值電流的驅動能力，這也意味著客戶不需要再外加額外的功率放大電路，它也能夠保證整個開關管可以進行非常高效的開通和關斷，從而達到更高的效率。UCC5870可以在200ns的時間內進行短路保護，同時共模抑制比做到了150V/ns，在業界都是非常高的一個水平。更高的共模抑制比意味著TI的芯片可以在更惡劣的噪聲環境下可以保持可靠的通訊，同時也能夠保證可以正確地驅動開關管進行相應的動作，從而達到更高的系統級可靠性。

第四，溫度傳感器TMP126這款產品可以在全溫度范圍下（-40℃~+175℃）的環境溫度下工作，同時它的采樣精度可以高達正負0.3度。這么高的精度對系統的意義在于越高的溫度傳感器精度，可以幫助客戶在設計整個系統的時候留有更小的設計余量。同時，在做系統動態的一些溫度補償時，精度可以更高，也有助于最大化地提高系統的效率。另外，其數字接口內置的循環冗余校驗功能，也能確保在高噪聲的電磁環境下能夠可靠地進行通訊。

周東寶還特別介紹了TI有兩種途徑來幫助客戶簡化功能安全系統設計的開發和認證工作：

第一，TI可以提供符合功能安全標準的產品，比如隔離驅動器UCC5870，是按照TI經過TüV SüD認證的功能安全產品開發流程所開發出的產品。“對于這款產品，我們可以提供非常完整的功能安全相關的文檔，比如FMEDA、功能安全手冊、FIT值等。”周東寶表示。而對于大多數常用的信號鏈的產品，如簡單的電源和信號鏈產品，TI則可以提供整個器件功能安全的FIT值，以及它失效模式的分布等等這些技術文檔，幫助客戶進行功能安全的設計。

第二，為了加速客戶產品的開發時間，TI跟TüV SüD合作，也開發了功能安全等級更高可以達到ASIL D的集成牽引驅動器和DC/DC直流變換器的整個升級方案。TIDM-02009相關的一些資料、設計文檔等數據也都可以在TI的官網上找到。這個參考設計使用了TI最新的C2000系列MCU以及UCC5870隔離驅動器，它可以實現高達2萬轉每分鐘的轉速，以及2 MHz的開關頻率。

最后，周東寶總結了TI動力總成系統集成解決方案的優勢。首先，集成解決方案功率密度高，整個系統效率可以達到98%。其次，通過利用TI的產品的技術，幫助客戶進行熱性能方面的優化，以及診斷、保護等等電路的一些設計，TI可以提升整個電路的可靠性。三是，通過使用TI的產品，可以使用更少的器件、更小的解決方案和尺寸來將整個系統的成本進行大規模地降低。四是，TI提供了多種方案來簡化客戶的功能安全認證，比如高達ASIL D級的合規認證工作。

動力總成集成方案應用案例

TI的合作伙伴深圳威邁斯新能源股份有限公司副總裁兼上海子公司總經理韓永杰分享了他對電動汽車市場的看法，以及與TI合作開發的兩個實用案例。

在他看來，這幾年新能源汽車行業發展非常迅速，同時電力電子在新能源汽車的帶動之下，也產生了很多新的技術的方向和趨勢。“目前電動汽車的發展有兩個非常明顯的趨勢，一是提升性能；二是降低成本，減少產品的體積和種量。”韓永杰表示。

首先，他介紹了其OBC和DC/DC集成的解決方案。目前市場上有兩種集成方式，一種是物理集成，它是把OBC和DC從物理的兩個盒子放在一個盒子里，是接插件共用的概念。

“威邁斯的磁集成是一個更深等級的一個集成的方式，最主要是采用軟件和硬件深度結合的方式來共享很多電力電子器件，包括共享變壓器。其次是共享電力電子器件，也跟TI的產品有很深的結合。因為集成對整個產品的實施控制還有產品的精度要求都非常高，C2000系列也在這里扮演一個很重要的角色。”韓永杰表示。

韓永杰認為，從未來的趨勢來講，整個動力系統應該是要趨向于一個集成。目前可能存在著三塊，即OBC、DC/DC和PDU集成，電機和減速機。“從未來的發展來講，實際上還要進一步地集成。威邁斯在這一塊做了很多工作，我們在應用這一塊也是跟TI在做深度的合作，尤其是C2000和UCC5870驅動芯片，應用在我們的產品上。”他對媒體表示。

結語

總之，目前混合動力汽車和電動汽車市場還在快速增長中，但市場能否長久增長下去，還是取決于成本的降低，以及在消費者更夠負擔得起的價格下，汽車廠商及其供應鏈企業仍然有利可圖，而集成解決方案不失為一個好的應對之策。