汽车级PMIC在BDU和PDU中的应用分析

汽车级 PMIC 在 BDU 和 PDU 中的应用分析

新唐科技模拟前端产品 - 业界独有高压绝缘工艺

随着新能源汽车的迅猛崛起和相关技术的日益完善，电动汽车正迅速取代燃油车成为新一代的出行首选。在这股热潮中，与安全相关的组件，如BDU（Battery Disconnect Unit，电池包断路单元）和PDU（Power Distribution Unit，高压配电单元，又俗称“高压配电盒”）扮演着举足轻重的角色，备受重视。作为电动汽车高压系统的“心脏”，PDU不仅掌控着充放电的节奏，还时刻守护着电路的安全，避免过载和短路的风险。它更是高压采样、低压控制等关键功能的执行者，为电动汽车的稳定运行提供了坚实的保障。

而作为电池包状态监测和安全防护重要一环的BDU，专为电池包设计，也是配电盒的另一种形式。目前BDU都是根据车厂需求定制，因此收集客户需求及客户整车电气性能很重要。根据BDU在电池包的位置，可以分为电池箱内安装式和箱外安装式(也称为Battery Junction Box)。一般情况下PDU和BDU的功能重叠，不同的主机厂会有不同的设计思路来确定是采用PDU还是BDU。

为方便说明，以下我们以功能覆盖面更大的PDU为例来展开应用分析。

机构数据显示，全球PDU市场预计未来六年年复合增长率CAGR为22 %，到2029年达到67.1亿美元。亚太地区作为最大的市场，占有大约70%份额。而中国作为亚太最大的新能源乘用车市场，其对PDU市场的贡献与影响不言而喻。作为电池包重要部件，随着中国市场乘用车往高压化趋势演化，以及动力电池走向高度集成化、极致降本、高安全等等，整车厂对于PDU部件的需求也有了新的变化。

综合近些年看PDU的发展趋势，它们都有与其它部件集成的趋势，如PDU与BMS或VCU集成，并且进行模块化、标准化设计，更加注重安全化，在800V趋势下，PDU和BDU对电压、电流监测和相关的电气等级，以及电气工况复杂程度等指标有了更高的要求。

无论PDU之后如何变化， PDU最核心的两个功能应该是一直不变的，分别是：管理所有高压分配和为高压电气系统提供集中保护。管理和保护的前提是准确的监测系统，以如下的PDU产品规格书为例：

为了符合对应ASIL功能安全等级，我们不难看出PDU控制板需要分别监测和管理：

电压监测（自检）

总压监测

电流监测

温度监测

绝缘监测

高压互锁监测

碰撞监测

振动监测

通讯管理

管理继电器/断路器/保险丝进行过流保护、短路保护等

符合功能安全ASIL-C或D

针对上述需求，新唐科技在2023年9月正式量产了针对电池包监控的专用芯片- PMIC (Pack Monitoring IC) KA84917UA。它与新唐科技BM-IC和COM-IC配合使用的典型系统应用框图之一如下：

KA84917UA 的典型产品特性

支持电池包总压监测、电流、绝缘监测等功能；

支持高边或低边电流传感器，电流测量精度<0.3%

针对功能安全内建完全冗余测量系统

支持隔离双向菊花链通讯，通讯速度最高可达2.5Mbps

配合同系列的电池管理芯片（KA84950/30）可以支持V-I同步测量, 提供业界最快同步10uS

提供12通道GPIO，可用于一般输出控制、模拟输入和ADC采样通道

提供SPI Master接口，可支持连接2个SPI从机设备

提供I2C串行接口

设计符合ISO-26262安全体系，支持最高功能安全等级ASIL-D

符合AEC-Q100器件安全认证

封装: 48 脚QFP

结合上文整理的PDU功能需求表，KA84917UA可以完成总压、电流和绝缘阻抗的直接测量。其他电压（自检）、温度、高压互锁监测等，可以选择用12通道的GPIO（ADC通道）来实现测量。至于碰撞和振动监测，根据带传感器或无传感器检测方式，分别选择I2C 或SPI 或GPIO来实现。通讯部分，KA84917UA支持SPI隔离通讯、菊花链通讯和CAN通讯（通过MCU）。最后的监测保护动作，包括保险丝主动熔断、继电器或断路器控制，可以根据实际应用需要，以GPIO（信号输出）或SPI驱动器等形式来实现。在功能安全方面，KA84917UA除了采用目前业界最高的高压绝缘工艺 – SOI（Silicon On Insolator）外，还采用了完全冗余的测量系统，方便客户实现ASIL-D功能安全的实现。

由于本文篇幅所限，无法一一详细列举分析KA84917UA在PDU和BDU中的细节应用，以及KA84917UA对应的产品特性细节参数。总而言之，新唐科技PMIC是一款适合PDU和BDU应用的系统监控芯片，可以大大简化客户设计，提高产品安全性和稳定性，实现产品的快速上市。