Allegro A89224 SoC助力先进高效热管理系统发展

汽车行业正加速向电气化动力系统转型，48V 系统在轻度混合动力和纯电动汽车（BEV）中作用日益凸显。高效的热管理系统（尤其是电池冷却系统）对保障汽车性能、延长电池寿命、确保安全至关重要。不过，设计稳健可靠的 48V 电池冷却系统仍面临若干独特挑战。本文将深入探讨这些挑战，重点介绍 Allegro 的系列创新解决方案（如 A89224）如何应对这些需求，助力先进高效热管理系统发展。

48V趋势

采用 48V 系统的一个主要驱动要素在于功率、电压和电流之间的基本关系（P=V×I）。通过将系统电压从 12V 提升至 48V，输送相同功率所需的电流可显著降低。这为热管理系统带来了若干关键优势。较低的电流直接意味着线束和电气元件中的功率损耗降低，此外，若针对 48V 系统进行充分优化，电机重量也可减轻。对于泵和风扇等高功率负载而言，可以显著降低电阻损耗，提升系统整体效率。对于电动和混合动力汽车，热管理等辅助系统效率的提升有助于延长续航里程和优化能源利用。

高于48V电压时面临的挑战

安全法规与标准

一旦电压超过 60V 直流，就不再属于安全特低电压 (SELV) 范畴，被认为对人体具有危险性，相关标准包括 IEC 60950、ISO6469、UL、NFPA、OSHA 等。

高昂的绝缘与隔离成本

60V 以上的系统必须具备更强的绝缘和隔离能力，以保障人身安全，这直接导致系统复杂性和成本上升。

元件供应不足

适用于高压系统的电子元件种类更少、价格更高。

48V标称 ≠ 48V恒定

在 12V/24V 系统中，已有成熟的标准 (如 ISO16750、ISO7637) 定义了在最严苛工况下 (如负载突降、瞬态电压等) 的电压瞬态曲线。

对于 48V 系统，现行标准(ISO21780和Liefervorschriften [LV] 148) 是专为轻度混合动力汽车 (MHEV) 制定的，定义了高达 70V 的过电压点。但在实际应用中，若考虑开关瞬态电压或元件设计裕量 (margining)，元件实际耐压等级需远高于 70V。48V 系统中的元件往往需要满足 70V 至 80V 的最高电压要求。48V 系统中的元件往往需要满足 70V 至 80V 的最高电压要求。

三大关键挑战

设计高效的 48V 电池冷却系统时，需要克服以下关键难题：

01更高的电压裕量要求

在 48V 系统中，电压瞬态幅度更高，对元件的承压能力提出更高要求。为低压系统设计的传统 ECU 可能缺乏足够裕量，导致元件应力损伤和失效。

Allegro解决方案：A89224 汽车级 MCU 集成 90V MOSFET 驱动器，采用 Allegro 110V 晶圆技术，为系统带来充足电压裕量，显著提升抗瞬态干扰能力和系统可靠性，增加工程师设计灵活性。

02平台适配与小型化限制

汽车 ECU 需适配各种车型平台，尺寸应尽可能紧凑。不同平台对 ECU 尺寸的要求不尽相同，需要灵活的软硬件解决方案。此外，还要支持 OTA 升级，并具备大容量数据存储能力。

Allegro 解决方案：A89224 通过高度集成和大容量存储应对，将功能强大的 ARM Cortex-M4 内核、90V MOSFET 驱动器和关键外设集成到一个芯片上，可实现紧凑型 ECU 设计，最大支持 248kB 闪存，满足电机控制算法、诊断例程与 OTA 升级等多样化需求。

03可靠性与边界条件

电池冷却系统需在各种恶劣工况下 (如极端高温、强振动、气流受阻等) 保持可靠运行。即使在风道堵塞或其他边界条件下，ECU 仍需稳定起动与维持风扇运行，避免热失控。

Allegro解决方案：A89224 集成精确的 ADC 通道，可准确感测负载变化和系统参数，使 ECU 能检测气流受阻或其他异常情况并相应调整风机运行状态；且支持高频注入（HFI）技术，即使在挑战性工况下也能实现风机的平稳启动和控制。

灵活性与性能并重

ARM Cortex-M4 的可编程内核进一步提升了灵活性。设计人员可以配置多种参数，如 PWM 频率、死区时间、电流限值，根据特定电机或负载条件进行优化设置。这种可编程特性使设计人员能够对 A89224 进行精细调节，以适应不同车型中泵或风扇等多种应用场景。

A89224 内核支持复杂的电机控制算法，如磁场定向控制 (FOC)，从而有效提升电机效率与性能。这使得 ECU 能够以更低能耗输出更大功率。其高速采样与转换机制，为 FOC 算法提供了更充足的计算时间，在每个 PWM 占空比更新前完成算法运算，确保控制精度与响应速度。

Allegro A89224

在热管理系统中的关键优势

宽工作电压范围（5.5V 至 90V）

可为 48V 标称电压提供充足裕量，能承受汽车电气系统中的电压瞬变，其抗瞬变能力对严苛汽车环境中的可靠运行至关重要，直接解决客户关心的关键设计挑战。

强大的 ARM Cortex-M4 内核&大容量内存

（约 256K 高速闪存 + 32K DRAM）

集成 32 位 ARM Cortex-M4 CPU 内核与三相栅极驱动器，闪存读取速度极快，使 CPU 处理连续操作指令无需等待。这种高度集成减少对外部元件的需求，可实现更紧凑且可能更低成本的解决方案，与 48V 系统对更高功率密度的需求高度契合。集成的 MCU 具备足够处理能力，可运行无传感器磁场定向控制（FOC）等复杂电机控制算法，实现对泵和风扇的高效精确控制。

集成电流感测放大器与 ADC

内置可编程增益的差分电流感测放大器，以及带 16 通道多路复用器的 12 位数据采集 ADC。这一配置能精确测量电机相电流，对实现 FOC 等先进电机控制算法至关重要，可优化电机性能、效率及保护功能。

全面的诊断与保护功能

集成可编程的诊断和保护功能，包括欠压、过压、过温和功率桥故障检测，有助于识别和缓解潜在问题，提高系统可靠性。

汽车级认证（AEC-Q100 1 级）

确保在宽温度范围的严苛汽车环境中具有适用性与可靠性。

Allegro其他热管理解决方案

除 A89224 外，Allegro 还提供全面的产品组合，用于优化 48V 汽车系统中的热管理系统：

电流传感器

高精度电流传感器（如ACS37220）可实现对电池电流的精确监测，从而准确控制冷却风扇和泵，保持最佳电池温度并防止过热。

隔离式栅极驱动器

隔离式栅极驱动器 (如 AHV85110) 可确保对冷却系统电机驱动电路中的功率 MOSFET 进行可靠而高效的控制。

电源管理芯片(PMIC)

PMIC (如 A81411) 为冷却系统中的各种组件提供高效的功率转换和稳压功能，最大限度降低功率损耗并提升系统整体效率。

电机驱动器

Allegro 的电机驱动器旨在为冷却风扇和泵中使用的无刷直流 (BLDC) 电机提供可靠而高效的控制。这些驱动器提供磁场定向控制 (FOC) 和高频注入 (HFI) 等功能以优化电机性能和效率。

位置传感器

位置传感器如 A1330 (2D) 和 A31331 (3D)，可提供精确的非接触式角度和位置测量，实现精准反馈和控制。

结论

高效的热管理对现代汽车 48V 电池系统的性能、寿命和安全性至关重要。Allegro 提供整套创新解决方案，专门应对设计稳健可靠电池冷却系统的独特挑战。A89224 汽车级 MCU 与该公司的高精度电流传感器、隔离式栅极驱动器、电源管理芯片（PMIC）及电机驱动器相结合，能帮助汽车工程师构建先进热管理系统，从而最大限度延长电池使用寿命、提升车辆性能，并增强系统整体可靠性。