汽车开关st(ST—— 基于Stellar P的多合一动力域控制器解决方案)

2023年7月11日至13日 ，ST携多款创新方案在2023慕尼黑上海电子展登台亮相，为观众呈现可持续发展、智能出行、电源&能源、物联网&互联四大板块的产品和智能解决方案。

现在汽车的电气架构模式正在向软件定义汽车的新电气架构模式转变，传统的机械集成动力域架构正在转变为多合一的电气集成。

在可持续发展板块，ST展出了多合一动力域控制器系统解决方案，该解决方案具备软件模块化的开发特点，符合软件协同开发的工作模式，同时配合整车FOTA功能，可以不断提升动力系统的性能。

ST多合一动力域控制器原理框图

ST多合一动力域控制器

多合一动力域控制器是电动汽车动力系统控制部件的集成。ST的多合一动力域控制器使用最新一代Stellar P系列汽车MCU，以满足电气化集成的控制。它包含以下应用的集成：主驱逆变器、车辆控制单元（VCU）、电池管理单元主板（BMU）、车载充电器（OBC）和DC/DC转换器。

高度集成的解决方案提升了功率密度，减少了高低压连接器，同时优化了硬件BOM和软件开发维护成本。

ST新能源汽车技术创新中心市场经理胡力元介绍说: “我们的多合一动力域控制器，除了使用了高性能的MCU Stellar P系列，还有一系列新一代极具竞争力的产品去满足不同客户的多合一动力域控制器需求。例如，为MCU供电的SBC SPSBxxx系列；先进的智能开关VIPower M07/M09产品系列；ST下一代BMS产品矩阵，L9965系列 (包括高精度16/18通道的AFE/双路的通信转换芯片/电流检测芯片/Pyro-fuse driver）；在OBC-DCDC和inverter上的高性能栅极隔离驱动器，以及第三代SiC功率产品。”

ST 多合一动力域控制器PCB面板

多合一动力总成域控制器开发的主要难点在于将过去多个独立的ECU集成到单个ECU中，并由单个MCU控制所有的部件。为了进行多合一电气化集成的开发，客户需要具备更强大的研发能力和更多的软硬件资源，同时，还需要打破专业的壁垒，深入了解每个控制对象的特性，以便在单个控制器中高效利用这些特性。

多合一动力域控制器的核心 —— Stellar P 系列MCU

Stellar是基于Arm®架构的新一代高性能MCU，包括Stellar E、Stellar G和Stellar P三个主要的产品系列。不同系列的产品目标的应用是不一样的，Stellar MCU集成了丰富多元的模块资源达到客户不同应用的目标。

其中，Stellar E系列非常适合单一电气化应用，如车载充电器、DC/DC转换器、电池管理系统（BMS）、逆变器、底盘和安全系统(ESC、 One-box、 Suspension)。比如Stellar E应用于OBC/DCDC，专门设计了电源专用高精度发波外设- HR-Timers, 模拟比较器在芯片里。Stellar G和P系列分别适用于区域控制器和动力总成域控制器等集成式应用。

ST新一代Stellar P系列完美地满足了新能源汽车动力域对MCU的性能要求，Arm®Cortex®-R52+的内核支持Hypervisor，可以使得APP在相同的或不同的内核上独立运行，当出现故障时也不会影响到其他应用的正常工作。

“我们新一代汽车级MCU Stellar P6 带有6个ARM Cortex®-R52+内核，其中4个带lock step，2个独立核，可在400MHz的最大频率下同时工作，R52+的内核具备实时性，可以用作快速环路控制。另外， Stellar P6能够提供超过10K DMIPS的算力，满足当前和未来的更大算力需求。

“Stellar P6支持Hypervisor，可以实现虚拟化和硬件级隔离。另外，Stellar P6内置15MB code flash，支持OTA功能，这意味着其能够以真实和完全的存储器大小（OTAx2）有效地管理OTA功能，即在OTA模式下实现flash翻倍。并且得益于PCM工艺，在不擦除flash的情况下可以直接刷写，不会限制影响产品的性能。”胡力元讲到。

多合一动力域控制器的优势

多合一动力域控制器是电动汽车动力系统控制部件的集成，通常包含以下部件：Traction Inverter、VCU、BMU、OBC、DCDC。目前，一些主机厂和Tier1也都在做类似的解决方案，相比其它家多合一动力域控制器解决方案，ST的解决方案具备什么样优势呢？

1）硬件层面

“目前市面上量产的多合一动力域控制器，虽然从形式上来看，他们都是被集成在一个大盒子里面，但是多数属于物理集成，仅仅是把多块的板子放到一起。我们的方案是把之前多个MCU功能都集成到一颗Stellar P6 的MCU上。对比物理集成形式，这种高度集成的形式，整个盒子尺寸可以进一步缩小，集成度会更高，系统的BOM成本可以进一步优化。”胡力元介绍说。

多合一动力域控制器产品及方案展示

2）软件算法层面

ST还特别针对多合一动力域控制器中逆变器应用提供了旋转变压器的软件解码方案和软件参考包。

由于Stellar系列拥有丰富的外设资源，ST能够在不需要主核干预和额外资源消耗的情况下实现软件解码算法。

与其他制造商相比，这是一个主要的差异化因素。得益于完全可用的软件库，ST的软件算法通过信号采样、处理和输出结果来实现高精度的角度检测，从而减少了开发工作量。

3）工具链层面

传统的方法需要多组工具链，用户需要维护多个编译器和调试器。相比之下，ST的多合一动力系域控制器用Stellar P系列MCU取代不同ECU中的多个MCU，集中算力，用户只需一套软件工具链即可开发和维护产品。

因此，ST的多合一动力域控制器无论是从研发，还是从成本角度来看，都具有比较大的优势。

满足不同客户的定制化需求

ST多合一动力总成域控制器解决方案可以满足大部分客户的需求，同时也具备裁剪和拓展的特性。

Stellar P系列拥有丰富的产品路线图，设计者能够根据自己动力总成域集成的具体需求灵活选择合适的产品型号。

当问到ST这款多合一动力总成域控制器解决方案上的一些芯片是否可被替换时，胡力元解释说：“ST在大多数汽车应用中拥有完整和可扩展的产品组合，并拥有长期汽车相关专业经验，为客户提供全方位支持，我们会针对特定类型的应用，基于ST的不同产品，提供包含基础软、硬件的系统解决方案。譬如我们的旋转变压器软件解码功能就需要用到Stellar P6内部的协处理器来实现，带来的优势也非常明显，可以大大的降低MCU的负载率。

“电池管理应用的产品系列包含pyrofuse驱动，隔离SPI通讯，母线电流采集，电芯电压监控，接触器高低边驱动等功能，也区别于市面上其他的解决方案，增强了可靠性，减少了器件的数量，降低了成本。这些都是不能替代的，也代表了我们系统方案的优势。”

ST本土化的支持能力

ST新能源汽车技术创新中心拥有中国汽车业务本地技术团队，能够从芯片层面到系统层面都有与之对应的资深技术专家提供全方位的支持。另外，其还提供多合一动力域控制器一套完整的技术支持资源，包括硬件层面、软件层面和功能安全层面：

• 硬件层面，包括原理图、系统架构、参考设计；
• 软件层面，提供复杂驱动样例，支持在第三方Autosar软件服务提供商的应用环境中进行验证；
• 芯片级功能安全相关文件，如Safety manual和FMEDA；
• 系统级功能安全参考文件，包括HARA分析、安全目标、FSR、TSR、FTA、FMEA等。

凭借在汽车市场长期积累的经验，ST能够为OEM和Tier 1提供全方位服务与支持。ST新能源汽车创新中心可以与客户讨论设计系统架构，根据客户的系统需求推荐定制的系统解决方案：

1）对于完全自主研发的客户，能够提供全面的支持服务，包括针对其不同研发阶段和需求量身定制的芯片级和系统级技术支持；

2）针对希望尽快进行大规模生产的客户，ST和其生态系统伙伴可与之建立合作，提供产品级别的设计和开发验证支持，以缩短设计周期。