全面了解面向电动车牵引逆变器的S32K39 MCU

作者：Namrata Pandya, Allan Mcauslin, David Lopez and Nicola Concer

目前电动汽车市场发展迅猛，对提高电动汽车性能的需求也随之增加了。设计人员和汽车制造商需要加快产品上市速度，同时优先考虑如何提高效率和终端用户体验。另外，还要寻找合适的解决方案，开发包括电动汽车牵引逆变器在内的广泛应用，而这无疑是一个挑战。恩智浦S32K39 MCU是我们S32K系列的新成员，将提供优势解上述燃眉之急。

为什么S32K39 MCU适用于电气化

为了保证电动汽车的高性能，需要考虑很多因素，包括电池管理、高效电机驱动、快速充电和整个电网的负载平衡等。恩智浦广泛的电气化解决方案一直在整个生态系统中提供高效的控制，S32K39也不例外。

S32K39 MCU系列专为满足电动汽车牵引逆变器控制需求而创建。它具有多个令人印象深刻的优势，包括强大的性能、广泛的集成、可靠的联网功能、高级信息安全和功能安全功能。因此，它能够精准地控制牵引逆变器，而牵引逆变器在电动汽车的正常运行、电池的性能以及驾驶体验方面又发挥着至关重要的作用。

该系列MCU具有广泛适用性，也可用于牵引逆变器控制之外的各种电动汽车应用，包括电池管理（BMS）、车载充电（OBC）和DC/DC转换。它们的信息安全和功能安全能力超越了传统的汽车MCU，而且还支持硬件隔离、时间敏感网络（TSN）和高级加密等技术，与区域汽车电子电气架构和软件定义汽车兼容。

S32K39与众不同的特性

S32K39 MCU是高性能S32K系列的一员。S32K39 MCU具有与众不同的特性，可处理两个牵引逆变器。它们搭载了4个锁步对排列的320MHz Arm^® Cortex^®-M7内核、两个可分锁步内核、两个电机控制协处理器和一个数字信号处理器（DSP）。它们能够支持两个200kHz的控制回路，这两个回路与IGBT以及SiC和GaN电源开关搭配工作，以提高能效并实现更高的开关频率。这有助于减少电机的尺寸、重量和成本，并扩大驱动范围。此外，它们有高达6MB的内置闪存和800KB的SRAM。该MCU具有经过ISO/SAE 21434认证的网络安全，开发流程符合ISO 26262功能安全流程标准。

S32K39内置了硬件安全引擎（HSE），使用公钥基础架构（PKI）和密钥管理实现可信启动、安全服务和安全无线（OTA）远程升级。另外，它还有两个电机控制协处理器和NanoEdge™高分辨率脉宽调制（PWM），可实现更高的性能和精准控制。对于旋转变压器励磁，它们的多通道模拟配有SAR和∑-ΔA/D转换器，以及比较器和正弦波发生器。S32K39集成了模拟功能，还支持安全软件解析器，无需分立组件和解析器到数字转换器等外部组件，可节省成本。

S32K39框图

S32K39 MCU在电动汽车中的应用

S32K39 MCU既支持传统的绝缘栅极双极性晶体管（IGBT），也支持新推出的碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）技术。它们可以独立运行，能够管理两个驱动转换器。此外，它们还可以通过TSN作为远程智能执行器来驱动3个或4个电机。如果与恩智浦S32E实时处理器结合使用，它们可以作为电动汽车推进域的控制中心，控制两个额外的推进逆变器。这种功能支持汽车制造商通过4个电机来提高车辆性能和操控性。

双牵引逆变器控制底座演示

当与恩智浦FS26安全系统基础芯片（SBC）和恩智浦GD3162高压隔离栅极驱动器结合使用时，S32K39 MCU可作为ASIL D应用的双牵引转换器解决方案。FS26 SBC为系统供电并确保隔离式安全监测，而GD3162栅极驱动器则提供可调动态栅极强度以适应不同的驱动情况和PWM死区时间强制执行，从而减少开关损耗并提高效率。此外，还有响应迅速的错误保护机制。

系统供货情况

主要客户现在可以使用工程样片、评估板以及一系列全面的软件支持与工具。可与S32K39 MCU配套工作，S32K39 MCU可与恩智浦FS26 SBC及高级高压隔离栅极驱动器GD3162结合使用，为安全的逆变器控制系统提供可调节动态栅极强度控制。对于牵引逆变器开发，二者均支持最高级别的功能安全等级（ASIL D）。该产品计划于2024年初发布并量产。

作者：


Nicola Concer

Nicola Concer是恩智浦汽车RT控制器产品经理，专注于电气化和区域电子电气架构市场。此前7年，他担任恩智浦以太网交换机产品经理。Nicola拥有博洛尼亚大学的计算机科学博士学位，博洛尼亚大学与意法半导体和纽约哥伦比亚大学合作。


Allan Mcauslin

Allan McAuslin是负责恩智浦汽车视觉和自动驾驶处理器解决方案的产品管理。过去8年，Allan一直致力于开发ADAS的处理器解决方案，支持前置摄像头、环绕视图和传感器数据融合等应用。他与合作伙伴、一级汽车制造商密切合作，探索行业发展趋势并创建处理器解决方案，帮助客户加快高度自动化汽车技术的部署。


David Lopez

David在电子和半导体企业的产品工程、项目管理和产品营销方面担任过多个职位。近十年来，他担任恩智浦产品线经理，负责为恩智浦开发功能安全系统基础芯片。他在汽车市场上经验包括动力系统电气化以及自动驾驶市场，重点研究电源管理和功能安全。David拥有物理工程、半导体物理和商业管理硕士学位。


Namrata Pandya

Namrata Pandya在恩智浦担任高压栅极驱动器产品营销经理。在过去15年里，Namrata曾在安森美半导体（ON Semiconductor）和美国微芯科技公司（Microchip Technology）工作，管理着价值超过6000万美元的半导体产品组合的业务开发和产品线。她负责推动16个产品系列从概念到上市的整个过程。Namrata拥有圣何塞州立大学电气工程硕士学位。