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安森美:以智能技术扩张汽车电子版图

时间:2021-12-30 11:22:23 作者:邵乐峰 阅读:
随着世界各国汽车电子化进程的加速,汽车OEM厂商扩展电动车产品组合,在行驶里程和性能上展开竞争。截至2028年,电动和混动汽车将占到总汽车销量的50%以上。对供应商来说,这是一个支持可持续生态系统发展的一个巨大的机会。
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深耕智能电源与智能感知领域,这是今年8月5日,安森美半导体官宣改名为安森美之后确定的下一步发展目标,公司还为此提出了“智能技术,美好未来”的新口号。

预测数据显示,2021-2025年期间,智能电源和智能感知将推动两倍的市场增长,年复合增长率(CAGR)为7%-9%,其中智能电源平均CAGR为15%,智能感知平均CAGR达到13%,两个技术都与汽车和工业领域有密不可分的关联。

而在汽车和工业领域。安森美方面此前曾预计,2021-2025年,汽车和工业领域的CAGR将会为7%-9%,其中汽车行业为17%,工业领域为7%,其他市场有可能会下降。此外,5G也是一个非常重要的市场,预计2021-2025年5G市场的CAGR将达到11%。

安森美中国区应用工程总监吴志民日前在接受《电子工程专辑》采访时表示,随着世界各国汽车电子化进程的加速,汽车OEM厂商扩展电动车产品组合,在行驶里程和性能上展开竞争。截至2028年,电动和混动汽车将占到总汽车销量的50%以上。对供应商来说,这是一个支持可持续生态系统发展的一个巨大的机会。

当然,厂商要具备一系列广泛的产品组合,才能支持汽车电子的快速增长。目前,安森美的半导体产品应用在汽车中的多个领域,包括车载充电器、高压负载电池管理、DC-DC、高压动力总成、主驱逆变、48V皮带传动起动机-发电机(BSG)、ADAS、信息娱乐、车门、座椅控制等,汽车业务营收占比约为33%。

  • 电动车

碳化硅(SiC)是吴志民强调的重点之一。作为第三代半导体的关键材料,碳化硅能够显著提高电动车、电动车充电和能源基础设施的系统效率。因此,今年8月,安森美宣布收购碳化硅晶圆供应商GT Advanced Technologies(GTAT),用以强化自身“从衬底到系统”的战略布局。

目前,安森美碳化硅功率器件包括SiC MOSFETs、SiC二极管、以及全SiC & 混合SiC模块三类,并采用差异化的压铸模封装。相比凝胶模块,前者的主要优势包括更高的功率密度,更低的杂散电感,工作温度更高(200℃甚至以上),可专为差异化而定制。

以VE-Trac Dual为例,这是安森美专为插电式混合动力车(PHEV)、完全混合动力车(HEV)、纯电池车(BEV)和燃料电池(FCEV)电动车而设计的电源模块,并针对牵引逆变器的应用进行了优化,实现了许多创新,包括双面冷却,使其具有高功率密度和小尺寸。 

逆变器在电力传动系统起着关键作用,相当于内燃机中的燃油喷射系统,直接影响电动车的整体能效以及每次充电可达到的行驶里程。安森美通过开发VE-Trac Dual,将有望在更广泛的电动车中实现更高的能效。

除了具备优良的电气和热性能外,VE-Trac Dual易于功率扩展的特性也值得关注。在具体使用中,既可以用3个半桥的模块来实现150 kW功率,也可以把两个150kW模块组合在一起实现300kW功率,且不增加占位。此外,在双面冷却模块中,IGBT智能芯片中还内置了温度和电流传感器,以更好的进行温度检测和电路保护。

根据规划,安森美主驱电源封装技术将在2023年中从双面间接水冷过渡到直接水冷模式,预计到2023年底会实现双面直接水冷,2024年中进一步优化成为双面直接水冷+方案,核心目的是为了不断降低器件热阻。

吴志民强调说,安森美在开发阶段就把汽车应用置于重要位置,在可靠性上投入了相当多的精力。除了AECQ/AQG3标准验证之外,在静态、动态、门极验证等方面也做了大量的工作。结果显示,其数据变化很低,可靠性值得信赖。

安森美中国区应用工程总监吴志民

安森美不仅在电动车领域大有作为,而且在与电动车息息相关的太阳能/储能式充电站领域也积极展开布局。考虑到充电站方案中涉及PFC、AC-DC、DC-DC等多款芯片,安森美很早就可以为客户提供包括热/电仿真模型、碳化硅、模拟IC、辅助电源、感知保护技术在内的完整解决方案。

  • 先进安全

在此前的采访中,安森美公司总裁兼首席执行官Hassane El-Khoury称,为了保证汽车摄像头智能感知技术的安全性,安森美做出了极大的努力,例如分析了4000多种故障模式,确保在故障时进行校正;在ADAS智能感知部分所占的市场份额超越了所有竞争对手的总和;平均每个小时就能拯救9条生命;其800万像素传感器在185米处不但能探测行人,甚至包括地面的石块,是在所有条件下人眼视觉的100倍。

“图像传感器是安森美最具竞争优势的领域之一,我们有超过15年的汽车成像经验,有超过4亿颗汽车传感器被应用于汽车中。“吴志民表示,在用户特别关注的图像传感器高动态范围(HDR)指标方面,凭借独有的超级曝光技术,配合均匀的像素架构,安森美为业界提供了优秀的HDR性能,可有效抑制LED闪烁。

同时,人们也日益发现,无论是前视摄像头感知、AD全景感知、环视和自动泊车,还是组合应用,比如带DVR或AR功能的前视摄像头、盲区AD摄像头+环视、后视AD+电子后视镜等,越来越多的汽车细分功能都依靠摄像头来实现。除了摄像头数量不断增加之外,摄像头的像素也从以前的100万/200万像素,增加到了现在的800万像素。

而在智能座舱中,RGB-IR图像传感器的使用正在普及,它能做到较好的近红外感应度的图像传感器(或IVEC产品),有助于摄像头外形尺寸小型化。为此,安森美采用了将图像传感器和镜头集成在一起的模式,与当前3cm3的座舱模块相比,IVEC产品体积只有0.5cm3,尺寸缩减超过6倍,用户也无需设计摄像头模块,无需光学调试,便于节约产能和灵活制造。

激光雷达(LiDAR)也是智能感知的重要一环。目前,很多激光雷达产品采用雪崩光电二极管(APD)元件,而安森美所提供的则是硅光电倍增管(SIPM)。与APD相比,SIPM有更好的一致性,支持150m单拍检测距离和300m的多拍检测距离。

“SIPM产品的光子探测效率(PDE)表现优异,其单光子探测能力可让系统监测到300米范围内的距离,此外还能辨别见度低的物体,在烟雾环境中有较好的表现。该探测器技术可用于单像素、线阵或面阵传感器。”吴志民说。

另一个智能感知产品是超声波专用芯片,其动态增益和回声检测功能可以区分静止的物体、人和宠物。在安森美的芯片方案中,它既可以支持不同的调制技术,如振幅调制、二进制相移健控(BPSK)、频率啁啾声等,也可以依据需要增强不同的特性,提高整个方案的安全水平。

目前,安森美在超声波停车辅助IC市场排名第1,因此被选用在Minerva平台上。同时,得益于在X By Wire(线传控制)领域上的出色表现,安森美已累计交付了10亿颗用于X By Wire应用的电感式位置传感器。

总体而言,传动系统和先进安全也推动了汽车电子化。从汽车传动系统来看,传统汽车到电动汽车的动力源是由内燃机向电动机方向的发展;先进安全则是汽车自动驾驶从L0/L1级向L4/L5级方向发展。

统计数据显示,内燃机时代的L0/L1级汽车,车内电子元器件成本只有50美元;到了48V混动,L2级以上级别时,汽车电子元器件成本约为280美元;再到L2级以上的电动车、混动车,其电子元器件成本为750美元;未来L4/L5级的自动驾驶汽车,电子元器件成本可以达到每辆车1600美元。而客户的实际汽车电子元器件含量,则将从2019年的131美元,猛增至2022年的715美元。

结语

如今,工业和汽车市场占据全球温室气体排放量的三分之二,这为安森美提供了巨大的机会,使公司可充分发挥其在智能电源和感知技术方面具备的优势,为实现净零排放经济尽一份力。这意味着,只要做好智能电源和智能感知技术,就能实现可持续发展,并在细分市场上取得成功。

本文为EET电子工程专辑 原创文章,禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
邵乐峰
ASPENCORE 中国区首席分析师。
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