汽車級 PMIC 在 BDU 和 PDU 中的應用分析

新唐科技模擬前端產品 - 業界獨有高壓絕緣工藝

隨著新能源汽車的迅猛崛起和相關技術的日益完善，電動汽車正迅速取代燃油車成為新一代的出行首選。在這股熱潮中，與安全相關的組件，如BDU（Battery Disconnect Unit，電池包斷路單元）和PDU（Power Distribution Unit，高壓配電單元，又俗稱“高壓配電盒”）扮演著舉足輕重的角色，備受重視。作為電動汽車高壓系統的“心臟”，PDU不僅掌控著充放電的節奏，還時刻守護著電路的安全，避免過載和短路的風險。它更是高壓采樣、低壓控制等關鍵功能的執行者，為電動汽車的穩定運行提供了堅實的保障。

而作為電池包狀態監測和安全防護重要一環的BDU，專為電池包設計，也是配電盒的另一種形式。目前BDU都是根據車廠需求定制，因此收集客戶需求及客戶整車電氣性能很重要。根據BDU在電池包的位置，可以分為電池箱內安裝式和箱外安裝式(也稱為Battery Junction Box)。一般情況下PDU和BDU的功能重疊，不同的主機廠會有不同的設計思路來確定是采用PDU還是BDU。

為方便說明，以下我們以功能覆蓋面更大的PDU為例來展開應用分析。

機構數據顯示，全球PDU市場預計未來六年年復合增長率CAGR為22 %，到2029年達到67.1億美元。亞太地區作為最大的市場，占有大約70%份額。而中國作為亞太最大的新能源乘用車市場，其對PDU市場的貢獻與影響不言而喻。作為電池包重要部件，隨著中國市場乘用車往高壓化趨勢演化，以及動力電池走向高度集成化、極致降本、高安全等等，整車廠對于PDU部件的需求也有了新的變化。

綜合近些年看PDU的發展趨勢，它們都有與其它部件集成的趨勢，如PDU與BMS或VCU集成，并且進行模塊化、標準化設計，更加注重安全化，在800V趨勢下，PDU和BDU對電壓、電流監測和相關的電氣等級，以及電氣工況復雜程度等指標有了更高的要求。

無論PDU之后如何變化， PDU最核心的兩個功能應該是一直不變的，分別是：管理所有高壓分配和為高壓電氣系統提供集中保護。管理和保護的前提是準確的監測系統，以如下的PDU產品規格書為例：

為了符合對應ASIL功能安全等級，我們不難看出PDU控制板需要分別監測和管理：

電壓監測（自檢）

總壓監測

電流監測

溫度監測

絕緣監測

高壓互鎖監測

碰撞監測

振動監測

通訊管理

管理繼電器/斷路器/保險絲進行過流保護、短路保護等

符合功能安全ASIL-C或D

針對上述需求，新唐科技在2023年9月正式量產了針對電池包監控的專用芯片- PMIC (Pack Monitoring IC) KA84917UA。它與新唐科技BM-IC和COM-IC配合使用的典型系統應用框圖之一如下：

KA84917UA 的典型產品特性

支持電池包總壓監測、電流、絕緣監測等功能；

支持高邊或低邊電流傳感器，電流測量精度<0.3%

針對功能安全內建完全冗余測量系統

支持隔離雙向菊花鏈通訊，通訊速度最高可達2.5Mbps

配合同系列的電池管理芯片（KA84950/30）可以支持V-I同步測量, 提供業界最快同步10uS

提供12通道GPIO，可用于一般輸出控制、模擬輸入和ADC采樣通道

提供SPI Master接口，可支持連接2個SPI從機設備

提供I2C串行接口

設計符合ISO-26262安全體系，支持最高功能安全等級ASIL-D

符合AEC-Q100器件安全認證

封裝: 48 腳QFP

結合上文整理的PDU功能需求表，KA84917UA可以完成總壓、電流和絕緣阻抗的直接測量。其他電壓（自檢）、溫度、高壓互鎖監測等，可以選擇用12通道的GPIO（ADC通道）來實現測量。至于碰撞和振動監測，根據帶傳感器或無傳感器檢測方式，分別選擇I2C 或SPI 或GPIO來實現。通訊部分，KA84917UA支持SPI隔離通訊、菊花鏈通訊和CAN通訊（通過MCU）。最后的監測保護動作，包括保險絲主動熔斷、繼電器或斷路器控制，可以根據實際應用需要，以GPIO（信號輸出）或SPI驅動器等形式來實現。在功能安全方面，KA84917UA除了采用目前業界最高的高壓絕緣工藝 – SOI（Silicon On Insolator）外，還采用了完全冗余的測量系統，方便客戶實現ASIL-D功能安全的實現。

由于本文篇幅所限，無法一一詳細列舉分析KA84917UA在PDU和BDU中的細節應用，以及KA84917UA對應的產品特性細節參數。總而言之，新唐科技PMIC是一款適合PDU和BDU應用的系統監控芯片，可以大大簡化客戶設計，提高產品安全性和穩定性，實現產品的快速上市。