onsemi Xe nông nghiệp thương mại chạy điện (eCAV)
Xe nông nghiệp thương mại chạy điện (eCAV) của Onsemi đang thay đổi nền nông nghiệp hiện đại, thay thế động cơ diesel và xăng bằng hệ thống truyền động chạy bằng pin điện, hybrid-điện và mở rộng phạm vi hoạt động trên máy kéo, máy gặt, máy phun, máy xúc, xe tiện ích và vận tải, cũng như robot tự hành trên đồng ruộng. Những tiến bộ trong công nghệ pin lithium-ion và LFP, các chính sách ưu đãi của chính phủ, chi phí nhiên liệu và bảo trì tăng cao, cùng áp lực ngày càng lớn để giảm lượng khí thải đã giúp thúc đẩy thị trường xe điện tự hành toàn cầu tăng trưởng từ $2 tỷ USD vào 2025 lên $4,63 tỷ USD vào 2031 tương ứng với tốc độ tăng trưởng kép hàng năm (CAGR) là 14,99%. Kết quả là các máy móc hoạt động êm ái hơn, ít phải bảo trì hơn, mang lại mô-men xoắn tức thì, phanh tái tạo và chi phí vận hành mỗi giờ thấp hơn.
Onsemi có vị thế độc đáo để hỗ trợ quá trình chuyển đổi này, cung cấp một bộ giải pháp toàn diện giải quyết tới 90% danh mục vật liệu bán dẫn (BOM) trong một hệ thống eCAV điển hình. Danh mục sản phẩm được hỗ trợ bởi chuỗi cung ứng nội bộ giúp đảm bảo chất lượng, tính liên tục trong giao hàng và giảm thiểu rủi ro thiết kế.
Danh mục sản phẩm bao gồm các mô-đun nguồn EliteSiC và IGBT cùng các linh kiện rời lên đến 1200V cho bộ biến tần lực kéo và bộ sạc trên xe, cùng với các MOSFET PowerTrench® điện áp thấp và trung bình cho động cơ điện và bộ truyền động. Sản phẩm này cũng tích hợp trình điều khiển cổng cách ly, cảm biến hình ảnh Hyperlux™ và XGS, bộ điều khiển đèn LED, giải pháp Ethernet 10BASE-T1S và nhiều loại linh kiện cảm biến, tín hiệu và bảo vệ.
Kết hợp với các công cụ thiết kế như Elite Power Simulator, sơ đồ khối tương tác và hướng dẫn giải pháp hệ thống, onsemi giúp các kỹ sư đẩy nhanh thời gian đưa sản phẩm ra thị trường, đồng thời mang lại hiệu quả, mật độ năng lượng và độ tin cậy theo yêu cầu của các thiết kế eCAV hiện đại.
Video
Sơ đồ khối
OBC
Bao gồm các bộ phận được sử dụng trong bộ sạc trên xe, bao gồm hiệu chỉnh hệ số công suất đầu vào AC, chuyển đổi DC-DC, điều khiển cổng, giám sát và bảo vệ. Các linh kiện điển hình bao gồm thiết bị PFC, linh kiện DC-DC, bộ điều khiển cổng, LDO, bộ giám sát điện áp, thiết bị bảo vệ và linh kiện cảm biến.
Nguồn điện phụ
Cung cấp các linh kiện để tạo ra các đường ray nguồn phụ cho các tải hệ thống cách ly hoặc thứ cấp. Các linh kiện điển hình bao gồm GaN FET được sử dụng trong các thiết kế bộ nguồn nhỏ gọn.
Bảo vệ pin
Tập trung vào các linh kiện được sử dụng để ngắt kết nối, bảo vệ pin và giám sát dòng điện. Các bộ phận điển hình bao gồm thiết bị chuyển mạch và linh kiện cảm biến dòng điện.
Bộ biến tần ba pha
Bao gồm các bộ phận được sử dụng để chuyển đổi nguồn điện từ pin DC thành nguồn điện ba pha cho động cơ. Các bộ phận điển hình bao gồm bộ điều khiển cổng, thiết bị tầng công suất biến tần, bộ kích thích, bộ cách ly kỹ thuật số, thiết bị giao diện MCU, cảm biến điện áp/dòng điện, nguồn phụ, bộ chuyển đổi DC-DC, LDO, bộ giám sát và các thành phần bảo vệ.
Hệ thống thị giác
Phân nhóm các thành phần được sử dụng trong các hệ thống con về camera, nhận thức và thị giác máy tính. Các bộ phận điển hình bao gồm cảm biến hình ảnh, thiết bị hỗ trợ cảm biến hình ảnh, bộ phận quản lý nguồn, bộ chuyển đổi mức, bộ nhớ, bảo vệ ESD, radar, GPS, cảm biến mưa/ánh sáng, cảm biến siêu âm và giao diện có dây.
Cảm biến
Xác định các thành phần được sử dụng để đo dòng điện, khoảng cách, vị trí hoặc các điều kiện hoạt động khác. Các bộ phận điển hình bao gồm thiết bị liên quan đến LiDAR và bộ khuếch đại cảm biến dòng điện.
Giao tiếp
Bao gồm các thành phần được sử dụng để truyền dữ liệu, cách ly và bảo vệ giao diện giữa các hệ thống con của xe. Các bộ phận điển hình bao gồm bộ điều khiển Ethernet, điốt bảo vệ ESD, bộ cách ly kỹ thuật số và thiết bị liên lạc không dây.
Điều khiển động cơ điện áp thấp
Liệt kê các linh kiện được sử dụng để điều khiển động cơ và bộ truyền động điện áp thấp. Các bộ phận điển hình bao gồm bộ điều khiển động cơ, bộ điều khiển cổng, MOSFET, thành phần bộ mã hóa và thiết bị nguồn truyền động động cơ.
Kiểm soát ánh sáng
Bao gồm các linh kiện được sử dụng để điều khiển và vận hành hệ thống chiếu sáng của xe. Các bộ phận điển hình bao gồm bộ điều khiển LED.
Kiểm soát thủy lực & khí nén
Áp dụng cho các chức năng thủy lực và khí nén được điều khiển bằng điện. Các bộ phận điển hình bao gồm thiết bị nén điện tử, cảm biến vị trí, bộ khuếch đại thuật toán và các thành phần cảm biến.
Hệ thống lái trợ lực điện & Điều khiển bướm ga
Hỗ trợ hệ thống lái điện và điều khiển bướm ga. Các linh kiện điển hình bao gồm MOSFET điện áp thấp, bộ điều khiển cổng, bộ điều khiển động cơ, bộ khuếch đại hoạt động, cảm biến vị trí và thiết bị cảm biến dòng điện.
Bộ điều khiển chính
Cung cấp các thành phần hỗ trợ điều khiển, định tuyến tín hiệu, bảo vệ và giao diện. Các bộ phận điển hình bao gồm bộ nhớ, bảo vệ ESD, bộ chuyển đổi mức và công tắc analog.
Câu hỏi thường gặp về eCAV
1. Những khối bán dẫn nào thường cần thiết trong thiết kế tham khảo của xe nông nghiệp thương mại chạy điện?
Một thiết kế tham khảo eCAV thường bao gồm bộ biến tần lực kéo, bộ sạc tích hợp, bảo vệ pin, bộ nguồn phụ, điều khiển động cơ, cảm biến, giao tiếp, chiếu sáng và các chức năng điều khiển chính. Các khối này sử dụng các thành phần như mô-đun nguồn SiC và IGBT, MOSFET rời rạc, bộ điều khiển cổng, bộ khuếch đại cảm biến dòng điện, cảm biến hình ảnh, bộ điều khiển Ethernet, bộ điều khiển LED, LDO, bộ giám sát điện áp, bảo vệ ESD, bộ nhớ và bộ chuyển đổi mức.
2. Làm cách nào để chọn linh kiện cho hệ thống truyền động eCAV 400V đến 800V?
Các hệ thống eCAV điện áp cao hơn thường yêu cầu các thiết bị nguồn và bộ điều khiển cổng được định mức cho hoạt động điện áp cao, bao gồm MOSFET SiC, mô-đun IGBT, mô-đun SiC, bộ điều khiển cổng cách ly, cảm biến dòng điện và thiết bị bảo vệ. Các nhà thiết kế cần đánh giá định mức điện áp, định mức dòng điện, tổn thất chuyển mạch, hiệu suất nhiệt, yêu cầu cách ly và kiểu bao bì cho bộ biến tần kéo, OBC và các tầng chuyển đổi DC-DC.
3. Những bộ phận nào được sử dụng trong bộ biến tần kéo eCAV?
Bộ biến tần kéo thường bao gồm tầng công suất biến tần, bộ điều khiển cổng, cảm biến điện áp và dòng điện, cách ly, nguồn phụ, bảo vệ và giao diện điều khiển. Các loại sản phẩm phổ biến bao gồm mô-đun nguồn SiC, mô-đun IGBT, SiC hoặc IGBT rời rạc, bộ điều khiển cổng cách ly, bộ cách ly kỹ thuật số, bộ khuếch đại cảm biến dòng điện, LDO, bộ giám sát điện áp và các thành phần giao diện MCU.
4. Vai trò của SiC trong thiết kế xe nông nghiệp điện là gì?
Các thiết bị SiC được sử dụng ở những nơi cần hiệu suất cao, khả năng chịu điện áp cao và hiệu suất tản nhiệt, đặc biệt là trong các bộ biến tần kéo, OBC, bộ chuyển đổi DC-DC và các tầng chuyển mạch công suất cao. SiC MOSFET và mô-đun SiC có thể hỗ trợ kiến trúc 400 V, 800 V và điện áp cao hơn, đồng thời giúp giảm tổn thất dẫn điện và cải thiện mật độ công suất.
5. Khi nào kỹ sư cần xem xét mô-đun IGBT thay vì mô-đun SiC cho eCAV?
Các mô-đun IGBT có thể phù hợp cho các ứng dụng công suất cao có chi phí thấp hơn hoặc ít nhạy cảm hơn về hiệu suất, trong khi các mô-đun SiC thường được xem xét khi hiệu suất chuyển mạch, mật độ công suất và hiệu suất nhiệt là những ưu tiên cao hơn. Lựa chọn tốt nhất phụ thuộc vào cấp công suất, điện áp, tần số chuyển mạch, giới hạn nhiệt và mục tiêu chi phí hệ thống.
6. Những linh kiện nào cần thiết cho bộ sạc tích hợp eCAV?
Bộ sạc tích hợp có thể bao gồm tầng PFC, tầng DC-DC, bộ điều khiển cổng, đường ray phân cực phụ, cảm biến dòng điện và điện áp, LDO, bộ giám sát điện áp và các thành phần bảo vệ. Tùy thuộc vào cấu trúc liên kết, các kỹ sư có thể sử dụng MOSFET SiC, MOSFET siêu tiếp giáp, IGBT, bộ điều khiển cổng SiC hoặc IGBT, bộ điều khiển cách ly và các thiết bị quản lý nguồn hỗ trợ.
7. Những bộ phận nào hỗ trợ cảm biến và nhận thức trong hệ thống eCAV?
Hệ thống cảm biến và nhận thức eCAV có thể bao gồm camera, LiDAR, radar, cảm biến siêu âm, cảm biến mưa và ánh sáng, GPS, và cảm biến dòng điện hoặc điện áp. Các danh mục sản phẩm liên quan bao gồm cảm biến hình ảnh, bộ xử lý tín hiệu hình ảnh, thiết bị SiPM, thiết bị RF, giao diện cảm biến siêu âm, bộ khuếch đại cảm biến dòng điện, bộ khuếch đại hoạt động, IC quản lý nguồn, bảo vệ ESD và giao diện truyền thông có dây.
8. Những công nghệ cảm biến hình ảnh nào phù hợp với thị giác máy eCAV?
Các thiết kế thị giác máy có thể sử dụng các dòng cảm biến hình ảnh màn trập cuốn, màn trập toàn cục, cảm biến độ sâu iToF, SWIR và ánh sáng yếu, tùy thuộc vào ứng dụng. Các yếu tố lựa chọn chính bao gồm độ phân giải, loại màn trập, dải động, hiệu suất ánh sáng yếu, phản hồi NIR, mức tiêu thụ điện năng, kích thước cảm biến và liệu có yêu cầu thông tin độ sâu hay không.
9. Làm thế nào để triển khai giao tiếp giữa các hệ thống con eCAV?
Các hệ thống con của phương tiện có thể sử dụng giao tiếp có dây và không dây tùy thuộc vào băng thông, cấu trúc liên kết và yêu cầu của hệ thống. Đối với mạng có dây, Ethernet 10BASE-T1S có thể hỗ trợ giao tiếp đa điểm qua một cặp dây xoắn đơn mà không cần bộ chuyển mạch, trong khi các thành phần hỗ trợ có thể bao gồm bộ điều khiển Ethernet, điốt bảo vệ ESD, bộ cách ly kỹ thuật số và bộ thu phát có dây.
10. Những công cụ và tài nguyên thiết kế nào giúp các kỹ sư chọn linh kiện thiết kế tham khảo eCAV?
Các kỹ sư có thể sử dụng sơ đồ khối tương tác, hướng dẫn giải pháp hệ thống, công cụ đề xuất sản phẩm, công cụ thiết kế cảm biến dòng điện, Elite Power Simulator, bảng đánh giá và ghi chú ứng dụng để thu hẹp lựa chọn sản phẩm. Những tài nguyên này có thể giúp so sánh các mô-đun nguồn, thiết bị rời rạc, bộ điều khiển cổng, bộ phận cảm biến và các thành phần quản lý nguồn cho bộ biến tần kéo, OBC, điều khiển động cơ, chiếu sáng, truyền thông và thiết kế hệ thống tầm nhìn.