onsemi Elektrische landwirtschaftliche Nutzfahrzeuge (eCAVs)
Elektrische landwirtschaftliche Nutzfahrzeuge (eCAVs) von onsemi verändern die moderne Landwirtschaft grundlegend und ersetzen Diesel- und Benzinmotoren durch batterieelektrische, hybridelektrische und Antriebe mit größerer Reichweite in Traktoren, Erntemaschinen, Sprühgeräten, Ladern, Mehrzweck- und Transportfahrzeugen sowie autonomen Feldrobotern. Fortschritte bei Lithium-Ionen- und LFP-Batterien, staatliche Anreize, steigende Kraftstoff- und Wartungskosten sowie zunehmender Druck zur Emissionsreduzierung haben dazu beigetragen, dass der weltweite eCAV-Markt von 2,0 Milliarden USD im Jahr 2025 auf 4,63 Milliarden USD im Jahr 2031 anwächst, was einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) 14,99 % entspricht. Das Ergebnis sind leisere, wartungsärmere Maschinen, die sofortiges Drehmoment, regeneratives Bremsen und niedrigere Betriebskosten pro Stunde bieten.
onsemi ist in einzigartiger Weise positioniert, um diesen Wandel zu unterstützen, und bietet ein umfassendes Lösungsportfolio, das bis zu 90 % der Halbleiter-BOM in einem typischen eCAV abdeckt. Das Portfolio wird durch eine hauseigene Lieferkette unterstützt, die dazu beiträgt, Qualität, Lieferkontinuität und ein reduziertes Designrisiko zu gewährleisten.
Das Portfolio umfasst EliteSiC- und IGBT-Leistungsmodule sowie diskrete Bauelemente bis 1200 V für Traktionswechselrichter und On-board-Ladegeräte, plus Niederspannungs- und Mittelspannungs-PowerTrench®-MOSFETs für Elektromotoren und Aktuatoren. Es umfasst außerdem isolierte Gate-Treiber, Hyperlux™- und XGS-Bildsensoren, LED-Treiber, 10BASE-T1S-Ethernet-Lösungen sowie ein breites Angebot an Sensor-, Signal- und Schutzkomponenten.
In Kombination mit Designtools wie dem Elite Power Simulator, interaktiven Blockdiagrammen und Systemlösungsleitfäden unterstützt onsemi Ingenieure dabei, die Markteinführungszeit zu verkürzen und gleichzeitig die von modernen eCAV-Designs geforderte Effizienz, Leistungsdichte und Zuverlässigkeit zu liefern.
Blockdiagramm
OBC
Beinhaltet Teile, die in On-board-Ladegeräten verwendet werden, einschließlich AC-Eingabeblindleistungskompensation, DC/DC-Konvertierung, Gate-Ansteuerung, Überwachung und Schutz. Typische Bauteile sind PFC-Bauteile, DC/DC-Bauelemente, Gate-Treiber, LDOs, Spannungswächter, Schutzbauteile und Sensorkomponenten.
Hilfsstromversorgung
Bietet Komponenten zur Erzeugung von Hilfsstromschienen für isolierte oder sekundäre Systemlasten. Zu den typischen Bauteilen gehörten GaN-FETs, die in kompakten Stromversorgungsdesigns verwendet wird.
Batterieschutz
Der Fokus liegt auf Bauelementen, die zur Batterietrennung, zum Schutz und zur Stromüberwachung eingesetzt werden. Typische Bauteile sind Schaltbauteile und Strommesskomponenten.
Dreiphasen-Wechselrichter
Enthält Bauteile, die zur Umwandlung von Gleichstrom aus einer Batterie in dreiphasigen Antriebsstrom für Motoren dienen. Typische Bauteile sind Gate-Treiber, Bauelemente für Wechselrichter-Leistungsstufen, Erreger, Digitalisolatoren, MCU-Schnittstellengeräte, Spannungs/Stromsensoren, Hilfsstromversorgungen, DC/DC-Wandler, LDOs, Wächter und Schutzkomponenten.
Vision-System
Gruppenkomponenten, die in Subsystemen für Kamera, Wahrnehmung und industrielle Bildverarbeitung zum Einsatz kommen. Typische Bauteile sind Bildsensoren, Bildsensor-Unterstützungsbauteile, Energiemanagementkomponenten, Pegelwandler, Speicher, ESD-Schutz, Radar, GPS, Regen-/ Lichtsensoren, Ultraschallsensoren und kabelgebundene Schnittstellen.
Erfassungs-
Bezeichnet Bauelemente, die zur Messung von Strom, Abstand, Position oder anderen Betriebsbedingungen verwendet werden. Zu den typischen Bauteilen gehören LiDAR-bezogene Bauteile und Strommessverstärker.
Kommunikations-
Enthält Bauelemente, die zur Datenkommunikation, Isolierung und Schnittstellenschutz zwischen den Fahrzeugsubsystemen verwendet werden. Typische Bauteile sind Ethernet-Controller, ESD-Schutz-Dioden, Digitalisolatoren und Drahtloskommunikationsbauteile.
Niederspannungs-Motorsteuerung
Listet die Bauelemente auf, die zum Antrieb und zur Steuerung von Niederspannungsmotoren und Aktuatoren verwendet werden. Typische Bauteile sind Motortreiber, Gate-Treiber, MOSFETs, Drehgeberkomponenten und Leistungsbauteile für den Motorantrieb.
Lichtsteuerung
Beinhaltet Bauelemente zur Ansteuerung und Regelung der Fahrzeugbeleuchtung. Typische Bauteile sind LED-Treiber.
Hydraulische und pneumatische Steuerung
Gilt für elektrisch gesteuerte hydraulische und pneumatische Funktionen. Typische Bauteile sind Typische Bauteile sind E-Kompressor-Bauteile, Positionssensoren, Operationsverstärker und Messkomponenten.
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Elektronische Servolenkung und Drosselklappensteuerung
Unterstützt elektronische Lenk- und Drosselklappensteuerungssysteme. Zu den typischen Bauteilen gehören Niederspannungs-MOSFETs, Gate-Treiber, Motortreiber, Operationsverstärker, Positionssensoren, und Strommessbauteile.
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Hauptcontroller
Bietet Komponenten für Steuerung, Signalführung, Schutz und Schnittstellenunterstützung. Typische Bestandteile sind Speicher, ESD-Schutz, Pegelumsetzer und Analogschalter.
FAQs zu eCAV
1. Welche Halbleiterblöcke werden typischerweise in einem Referenzdesign für ein elektrisches landwirtschaftliches Nutzfahrzeug benötigt?
Ein eCAV-Referenzdesign umfasst üblicherweise einen Traktionswechselrichter, ein On-Board-Ladegerät, einen Batterieschutz, eine Hilfsstromversorgung, eine Motorsteuerung sowie Sensor-, Kommunikations-, Beleuchtungs- und Hauptcontrollerfunktionen. Diese Blöcke verwenden Bauelemente wie SiC- und IGBT-Leistungsmodule, diskrete MOSFETs, Gate-Treiber, Strommessverstärker, Bildsensoren, Ethernet-Controller, LED-Treiber, LDOs, Spannungswächter, ESD-Schutz, Speicher und Pegelwandler.
2. Wie wähle ich Bauteile für ein eCAV-Antriebssystem mit einer Spannung von 400 V bis 800 V aus?
Hochspannungs-eCAV-Systeme benötigen typischerweise Leistungsbauelemente und Gate-Treiber, die für den Hochspannungsbetrieb ausgelegt sind, darunter SiC-MOSFETs, IGBT-Module, SiC-Module, isolierte Gate-Treiber, Stromsensoren und Schutzbauelemente. Designer sollten Nennspannung, Nennstrom, Schaltverluste, thermisches Betriebsverhalten, Isolierungsanforderungen und Gehäuseausführung für die Traktionswechselrichter-, OBC- und DC/DC-Stufen auswerten.
3. Welche Teile werden in einem Traktionswechselrichter für eCAVs verwendet?
Ein Traktionswechselrichter umfasst in der Regel die Wechselrichter-Leistungsstufe, Gate-Treiber, Spannungs- und Stromsensoren, Isolierung, Hilfsstromversorgung, Schutz- und Steuerschnittstellen. Zu den gängigen Bauteiltypen gehören SiC-Leistungsmodule, IGBT-Module, diskrete SiC-oder IGBT-Bauteile, isolierte Gate-Treiber, Digitalisolatoren, Strommessverstärker, LDOs, Spannungswächter und MCU-Schnittstellenkomponenten.
4. Welche Rolle spielt SiC beim Design von elektrischen landwirtschaftlichen Fahrzeugen?
SiC-Bauteile werden dort verwendet, wo ein hoher Wirkungsgrad, Hochspannungsfähigkeit und thermische Leistung wichtig sind, insbesondere bei Traktionswechselrichtern, OBCs, DC/DC-Wandler- und Hochleistungsschaltstufen. SiC-MOSFETs und SiC-Module unterstützen 400 V, 800 V, und Hochspannungsarchitekturen und tragen gleichzeitig zur Reduzierung von Leitungsverlusten und zur Verbesserung der Leistungsdichte bei.
5. Wann sollte ein Ingenieur bei einem eCAV IGBT-Module anstelle von SiC-Modulen in Betracht ziehen?
IGBT-Module eignen sich möglicherweise für kostengünstigere oder weniger effizienzempfindliche Applikationen, während SiC-Module typischerweise dann zum Einsatz kommen, wenn Schalteffizienz, Leistungsdichte und thermische Leistung höhere Priorität haben. Die beste Wahl hängt von der Leistungsklasse, der Spannung, der Schaltfrequenz, den thermischen Grenzen und den Systemkostenzielen ab.
6. Welche Bauelemente werden für ein On-board-Ladegerät für eCAV benötigt?
Ein On-board-Ladegerät kann eine PFC-Stufe, eine DC/DC-Stufe, Gate-Treiber, Hilfs-Vorspannungsschienen, Strom- und Spannungssensoren, LDOs, Spannungwächter und Schutzkomponenten enthalten. Je nach Topologie können Ingenieure SiC-MOSFETs, Superjunction-MOSFETs, IGBTs, SiC- oder IGBT-Gate-Treiber, isolierte Treiber und unterstützende Energiemanagementkomponenten verwenden.
7. Welche Bauteile unterstützen das Erfassen und Wahrnehmen in eCAV-Systemen?
Erfassungs- und Wahrnehmungssysteme von eCAVs können Kameras, LiDAR, Radar, Ultraschallsensoren, Regen- und Lichtsensoren, GPS sowie Strom- oder Spannungssensoren beinhalten. Relevante Bauteilekategorien sind Bildsensoren, Bildsignalprozessoren, SiPM-Bauteile, HF-Bauteile, Ultraschall-Sensorschnittstellen, Strommessverstärker, Operationsverstärker, Energiemanagement-ICs, ESD-Schutz und kabelgebundene Kommunikationsschnittstellen.
8. Welche Bildsensortechnologien sind für die maschinelle Bildverarbeitung in eCAV relevant?
Je nach Applikation können bei Machine-Vision-Designs Rolling-Shutter, Global-Shutter, iToF-Tiefensensoren, SWIR und Schwachlicht-Bildsensoren zum Einsatz kommen. Zu den wichtigsten Auswahlkriterien gehören Auflösung, Verschlussart, Dynamikbereich, Schwachlicht-Leistung, NIR-Empfindlichkeit, Stromverbrauch, Sensorgröße und ob Tiefeninformationen benötigt werden.
9. Wie kann die Kommunikation zwischen den eCAV-Subsystemen implementiert werden?
Fahrzeugsubsysteme können je nach Bandbreite, Topologie und Systemanforderungen kabelgebundene und drahtlose Kommunikationswege nutzen. Bei kabelgebundenen Netzwerken können 10BASE-T1S Ethernet die Kommunikation über mehrere Abzweige über ein einzelnes verdrilltes Adernpaar ohne Schalter, wobei zu den unterstützenden Komponenten unter anderem Ethernet-Controller, ESD-Schutzdioden, Digitalisolatoren und kabelgebundene Transceiver gehören können.
10. Welche Designtools und Ressourcen helfen Ingenieuren bei der Auswahl von eCAV-Referenzdesign-Bauteilen?
Ingenieure können interaktive Blockdiagramme, Systemlösungsleitfäden, Produktempfehlungstools, Strommess-Designtools, den Elite Power Simulator, Evaluierungsboards und Applikationshinweise nutzen, um die Bauteilauswahl einzugrenzen. Diese Ressourcen können beim Vergleich von Leistungsmodulen, diskreten Bauelementen, Gate-Treibern, Sensorkomponenten und Komponenten für das Energiemanagement beim Design von Traktionswechselrichtern, OBCs, Motorsteuerungen sowie Beleuchtungs-, Kommunikations- und Vision-Systemen helfen.