MCU在新能源汽车中的创新应用

和插电混合动力汽车，如图3所示，现有的系统采用双芯片：MCU+外部RDC（旋转变压器转换器）的方案，CPU要从外部RDC读取角度值，然后查表，搜索sin和cos值。而富士通半导体的MB91580方案采用单芯片：MCU集成了RDC，CPU可以任何时候直接从寄存器中读出绝对角度值、sin和cos值。这样就可极大简化硬件电路，软件设计工作也得到简化。

“如果将RDC单独放在外面，整个电机控制系统的成本可能占到6、7美元。2013年富士通半导体还将第二代新能源汽车电机控制MCU产品会集成两个RDC在芯片内部，从而达到进一步降低成本的目的。”丁洁早表示。

MB91580 缩短马达控制时间达40%！

如下图5所示，通过高性能CPU缩短电机的控制时间之前有三个做法，需要1-9步的处理流程，比如PIC的计算等变换的处理。把这些处理全部集成到芯片里，通过硬件电路就可以实现。现在通过MB91580可将流程缩减为一半，5步就可以实现。这样有什么好处？之前的处理时间25微秒，现在处理的时间可以控制在12微秒，可以缩短马达控制时间达40%，从而提高电机运行的效率。

图5：MB91580集成的高性能CPU和内设Rx I/F可缩短马达控制时间40%。

丁洁早介绍说，针对新能源汽车电机控制的MB91580系列共包含9个产品信号，提供从64管脚到100管脚还有144管脚的多种选择。开发这么多款型是为了满足不同区域客户的要求，欧美的客户可能选择144个管脚，中国的客户就选择100管脚，有一些印度的客户也可能选择100个管脚，可满足不同设计成本的市场需求。

图6：MB91580 产品系列（9个产品，64管脚-144管脚）。

通用处理器在BMS和整车控制中大显身手

新能源汽车整个控制方案，除了电机控制，还包括电池管理系统（BMS）、整车控制单元。这些都不需要专门的控制系统，“低成本、高性能”的通用处理器可迎合这样的市场需求。富士通半导体推出了通用MCU系列新产品。像16位16FXS系列，它是精简的版本，可将有些功能精简下来，降低成本，符合汽车平台化趋势。

“客户不管是选择简单的设计，还是复杂的设计，我们都有不同的型号来满足。16位MCU 如16FXS系列比较适合一些低成本的控制应用，像BMS；而32位MCU如FR81S系列就比较适合更复杂的整车控制应用。”丁洁早表示。他阐述道，BMS现在成本很高，因为电池单元非常多，每一个电池单元都要有一个MCU控制，大概需要几十个MCU，如果把MCU成本降低，同时又不牺牲性能和质量，这样相当于把整个新能源汽车设计向前推进了一步。

不过。富士通的这些32位和16位通用MCU系列采用的是同一套仿真器和开发套件，都是采用USB调试连接。“这就有一个好处，当设计师转向高性能的时候，工具采购的投入，一套就可以完成。富士通的开发工具成本低于150美元，不到1000元人民币。一千块钱就可以搞定16位、32位所有整套工具，这是比较合算的。”丁洁早笑称。

富士通半导体还开发了如图7所示的一系列电动车电池管理系统参考方案，客户针对量产还需要进一步定制化和修改。

图7.富士通新能源汽车电池管理系统参考方案。

图8. 新能源汽车各个控制系统之间的集成创新概念。

如上图8，对于新能源汽车应用开发，包括各个控制系统，富士通还提出一个概念，叫做系统集成的创新，如通过MB91580 MCU可以通过电机控制抑制CPU负载率，因此它可以同时进行BMS电池管理控制和DC-DC控制，这有利于通过系统集成削减整体成本。