电机节能技术让电动汽车更环保

自《巴黎协定》推行签署以来，全球经济脱碳已成共识。而在全球石油消耗的总量中，交通运输占据了10%以上，其中公路交通为主要占比。因此推动传统燃油汽车向新能源汽车转型，是实现节能减排的重要途径之一。据IHS预测，要达到2050年净零排放的目标，2030年汽车电气化的占比就应达到60%以上。

图1：净零排放需求推高了轻型车辆中xEV的占比

（图源：IHS）

电驱能效提高，实现更长续航

虽然当前电动汽车的发展获得了来自“双碳”政策的推动，但大部分消费者仍面临着里程焦虑的困扰，因此电动汽车尚不能全面替代燃油车成为出行首选。

要快速实现汽车行业电气化转型，电动汽车需要达到与燃油车一致的驾乘里程，这其中涉及到了充电、电池管理和电机驱动等多项技术发展。从充电方面来看，充电速度需要进一步提升，超充站、换电站等基建要跟得上；从电池方面来看，电池的容量、充放电效率要进一步提高；从电机驱动方面来看，整体驱动系统的能效也要进一步提高。

图2：来自韩国现代汽车统计表明，续航里程和充电体验仍是消费者选购EV时最关心的参数

（图源：现代汽车官网）

一辆电动汽车最为重要的构成就是“三大电”，即电池、电机和电驱系统。其中电机是构成电动汽车动力系统的核心部件，是其行驶中的执行结构。而进行主电机控制的主驱逆变器（Traction Inverter），堪称电动汽车的心脏，它负责将电池能量转换成控制速度和扭矩的动力。

主驱逆变器和其所控制的电动机的响应速度将会直接影响驾驶感受，决定了汽车行驶的主要性能指标。不同的控制和驱动特性调教，可以为不同类型车辆带来不同驾驶表现。如果电机控制做得不够好，动力系统效率会大幅降低，甚至电机也容易发热损坏。

图3：电动汽车“三大电”

（图源：Silicon Mobility）

扭矩和电机尺寸成正比，而功率决定了电机扭矩和速度。在不影响功率水平的情况下，要想追求汽车整体的续航设计目标，延长行驶里程，同时减小电气尺寸和重量，就只能提高转速。这意味着牵引电机需要以更高速运行（>30,000 rpm），这也就对牵引逆变器提出了更高的要求，需要实现更快速感测和处理。

典型的主驱逆变器方案中包括控制模块、驱动器、功率变换器以及多种传感器。控制模块负责接收驾驶者给出的加速减速等指令，将其转换成驱动器能够接收的驱动信号；驱动器接收来自控制器的指令，将其转换成对逆变器中可控硅的通断指令；功率变换器的部分主要是由逆变器构成，接收到驱动器的信号后，对电机的电流电压进行控制。另外，驱动器除了驱动之外，还作为保护装置，提供过压、过流、故障监测等保护功能。而功率变换部分，则可根据不同需求，选择IGBT或SiC方案。

图4：典型主驱逆变器方案由控制器、

驱动电路和功率级组成

（图源：安森美）

近年来随着技术发展，追求高能效成为了电驱设计的关键。牵引逆变器的设计趋势包括：采用更高算力芯片和更为先进的控制算法；使用SiC MOSFET作为功率级的开关晶体管；使用高压800V电池和多子系统集成以获得高功率密度。

通过精准电流传感器，结合智能MCU和先进控制算法可以让电机控制回路准确性提升，从而减少延迟并提升效率；SiC功率器件的开关频率比IGBT更高，因此可以将更多电池输入转化为可用的电机输出，并且改善了开关损耗、传导损耗和导热系数，逆变器体积也可以做到更小，实现更高的能效。

从更高的整车系统层面的考虑，业界也正在推进将动力系统集成，即将车载充电器、DC/DC 转换器和主驱逆变器等独立系统组合到单个域控制器下，实现单个紧凑机械外壳中的统一集成，从整车的角度提升功率密度。

图5：逆变器采用SiC相比IGBT能效更高

（图源：Institute of Electrical and Electronics Engineers）

选择合适器件，实现高效电驱设计

从燃油车迈向电气化，芯片在汽车中的作用更为重要。为实现电机的高能效设计目标，就需要选择高性能的器件。

电机控制器

电机控制的选择上，给大家推荐安森美（onsemi）的LV8907UW BLDC电机控制器，该器件在贸泽电子上的料号为LV8907UWR2G。这是一款高性能、无传感器三相器件，设有集成式栅极驱动器和两级电荷泵。该器件可为各种超低R_DS(ON)型外部N-MOSFET提供所需的栅极电流，并具有过流、过压、短路、欠压及过热等保护特性。工作电压范围为5.5V至20V，并采用梯形或正弦反EMF（电动势）反馈。

图6：LV8907UWR2G框图

（图源：贸泽电子）

LV8907UW BLDC电机控制器支持开环和闭环速度控制，设有用户可配置的启动、速度设置以及比例/积分（PI）控制系数，非常适合用于各种电机和负载组合。LV8907具有高集成度（内置用于为外部电路供电的线性稳压器）、看门狗定时器以及本地互联网络（LIN）收发器。LV8907采用紧凑的48引脚SPQFP48封装，提供极为小巧的解决方案尺寸。

另外针对步进电机的应用，可以选择Toshiba的TB9120AFTG汽车步进电机驱动器，该器件在贸泽电子上的料号为TB9120AFTG(EL)。这是一款恒流、两相、双极步进电机驱动器，具有时钟输入接口和PWM恒流控制系统，适合用于各种使用步进电机的常见汽车应用。该产品支持全步进至1/32步进可选激励模式，实现了更低的电机噪声和更流畅的控制。

栅极驱动器

栅极驱动器的选择上给大家推荐安森美的LV8968BBUW栅极驱动器，该器件在贸泽电子上的料号为LV8968BBUWR2G。这是一款三相BLDC/PMSM前置驱动器，集成了相位电压检测和逻辑电平FET兼容性。该栅极驱动器为外部电源桥提供400mA栅极电流，支持低电阻功率FET和逻辑电平FET。

图7：LV8968BBUW框图

（图源：贸泽电子）

LV8968BBUW栅极驱动器具有可编程线性稳压器、快速电流检测放大器和支持微控制器的窗口看门狗。该栅极驱动器具有宽工作范围，符合AEC-Q100标准，非常适合用于汽车应用。LV8968BBUW栅极驱动器还具有适用于ISO26262应用的保护和监控特性。

为了更快地进行栅极驱动器的评定，工程师们也可以考虑直接选择相应的评估板。在这里给大家推荐安森美的LV8968BB评估板，这是一款适用于8V至25V应用的通用汽车三相栅极驱动器，该评估板在贸泽电子上的料号是LV8968BBGEVB。该评估板配有各种可选外设，支持实现从简单的无传感器BEMF换向到复杂的磁场定向算法等各种电机控制。为方便和电机控制器进行通信，该评估板设有用于连接微控制器的接口和用于Arduino DUE的插入式接口。

图8：LV8968BB实物图

（图源：贸泽电子）

除上述驱动器件外，其他晶体管的选型也应仔细考量。针对12V至48V电池系统的各种汽车应用，可以选择东芝的汽车级N/P沟道SSMx MOSFET，该系列实现了高水平的低导通电阻，因此可以进一步降低能量损耗。该系列在贸泽电子上给大家推荐的料号为SSM3J145TU,LXHF。

此外，还可以通过使用高集成度的元器件来进一步缩小系统尺寸，提升系统整体功率密度。东芝的RN汽车用内置偏置电阻型晶体管，针对开关、逆变器电路、接口连接和驱动器电路应用优化。通过内部集成偏置电阻，从而进一步减少了外围元件。该系列在贸泽电子上给大家推荐的料号为RN2101MFV,L3XHF(CT。

以上所有的元器件，均可在贸泽电子的官网获取信息并实现采购。作为知名的电子元器件分销商，贸泽电子长期关注汽车电气化转型，为广大工程师提供广泛的车规级芯片选择。

总结

做好电机控制是电动汽车实现高续航、高性能驾乘体验的关键要素。为了实现更高的功率密度，行业已经推进采用SiC MOSFET、800V电池系统和动力系统集成等技术路线，而这些新技术的推进，也对工程师提出了新的设计挑战。

选择先进的器件、模块和方案是实现高效电机驱动设计的关键。贸泽电子提供丰富的电机驱动相关器件，助力碳中和之路上的电气化转型。

相关技术资源

安森美 LV8907UW BLDC电机驱动器，了解详情>>

Toshiba TB9120AFTG汽车步进电机驱动器，了解详情>>

安森美 LV8968BBUW栅极驱动器，了解详情>>

安森美 LV8968BB评估板，了解详情>>

该发布文章为独家原创文章，转载请注明来源。对于未经许可的复制和不符合要求的转载我们将保留依法追究法律责任的权利。

关于贸泽电子

贸泽电子（Mouser Electronics）是一家全球授权半导体和电子元器件授权分销商，服务全球广大电子设计群体。贸泽电子原厂授权分销近1,200家知名品牌，可订购数百万种在线产品，为客户提供一站式采购平台，欢迎关注我们，获取第一手的设计与产业资讯信息！

更多精彩

---

原文标题：电机节能技术让电动汽车更环保

文章出处：【微信公众号：贸泽电子】欢迎添加关注！文章转载请注明出处。