具有1700V SiC MOSFET的汽車(chē)級(jí)高壓開(kāi)關(guān)?

Power Integrations （PI） 宣布為其 InnoSwitch?3-AQ 系列新增兩款 1700 伏額定 AEC-Q100 合格 IC。新的解決方案包括用于汽車(chē)級(jí)開(kāi)關(guān)電源的碳化硅 （SiC）初級(jí)開(kāi)關(guān) MOSFET。這些新設(shè)備可產(chǎn)生高達(dá) 70 瓦的輸出功率，用于 600 和 800 伏電池和燃料電池電動(dòng)乘用車(chē)，以及電動(dòng)巴士、卡車(chē)和一系列工業(yè)電源應(yīng)用。InnoSwitch3-AQ 1700 伏組件也適用于工業(yè)市場(chǎng)，其中集成解決方案在可再生能源、工業(yè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)、電池存儲(chǔ)和計(jì)量等應(yīng)用中取代了分立控制器加MOSFET 設(shè)計(jì)。

Power Integrations 汽車(chē)業(yè)務(wù)發(fā)展總監(jiān) Peter Vaughan 在接受 Power Electronics News 采訪時(shí)指出，交通電氣化正在以令人印象深刻的速度發(fā)展，特別是對(duì)于系統(tǒng)電壓徘徊在 300 至 500 伏左右的汽車(chē)、公共汽車(chē)和卡車(chē)而言。“我們看到大多數(shù)系統(tǒng)都在 400 伏電壓下工作。我們已經(jīng)看到了 800 伏架構(gòu)，這讓您可以想象在不久的將來(lái)會(huì)出現(xiàn) 900 伏系統(tǒng)；所有這些都是通過(guò)優(yōu)化充電時(shí)間來(lái)驅(qū)動(dòng)的。充電時(shí)間、尺寸和重量是電動(dòng)汽車(chē)的關(guān)鍵考慮因素。因此，您需要有一個(gè)可擴(kuò)展的輔助電源解決方案，以便能夠輕松適應(yīng)每個(gè)級(jí)別的不同總線，”Vaughan 說(shuō)。

動(dòng)力總成

電動(dòng)汽車(chē)由一系列功能塊組成。優(yōu)化的柵極驅(qū)動(dòng)器解決方案基于SiC和IGBT。新的國(guó)際ISO 26262標(biāo)準(zhǔn)要求車(chē)輛設(shè)計(jì)為功能性和安全性。因此，功能安全要求電動(dòng)汽車(chē)即使在故障條件下也能安全使用。汽車(chē)行業(yè)需要強(qiáng)大的集成，以不僅減少系統(tǒng)問(wèn)題，而且減少與速度鑒定相關(guān)的總費(fèi)用。根據(jù)電力集成，新型1700伏開(kāi)關(guān)減少了電路板空間，同時(shí)也提高了系統(tǒng)可靠性，減少了部件采購(gòu)問(wèn)題。

PI 提供的新型 1700 伏開(kāi)關(guān)包括一個(gè) QR/CCM 反激控制器、同步整流和增強(qiáng)型隔離反饋。包含同步整流和準(zhǔn)諧振 （QR）/CCM 反激式控制器可實(shí)現(xiàn)超過(guò) 90% 的效率，輕松滿足最嚴(yán)格的 OEM 要求。PI 指出，這些新部件在空閑時(shí)的功耗不到 15 mW，非常適合減少電池管理系統(tǒng)中的自放電。

圖 1：AEC-Q100，集成 1.7 kV 電源 IC

800伏電池正逐漸成為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，不同的電子控制電路只需要幾伏即可操作和通信。根據(jù)PI，InnoSwitch設(shè)備允許電子設(shè)備在不浪費(fèi)能源的情況下消耗很少的功率，并且簡(jiǎn)化了主牽引逆變器的應(yīng)急電源，主牽引逆變器可以在30到1000伏之間的任何電壓下隨時(shí)運(yùn)行。

新型集成電路采用FluxLink? 反饋連接可為二次側(cè)控制提供高達(dá)5000 VRM的強(qiáng)化隔離，并可在小型InSOP中使用?-24D包裝。FluxLink技術(shù)允許直接感應(yīng)輸出電壓，從而提供精確控制和快速瞬態(tài)響應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)。電路在30伏電壓下啟動(dòng)時(shí)沒(méi)有任何外部電路，這是一個(gè)重要的安全特性。輸入欠壓、輸出過(guò)壓和過(guò)電流限制都是額外的保護(hù)特性。

圖2:1700 V額定值不再需要StackFET組件

“設(shè)計(jì)師的要求是確保電源在 60 伏以下運(yùn)行。規(guī)范是在 30 到 40 伏之間運(yùn)行。因此，我們可以通過(guò)內(nèi)部啟動(dòng)電路來(lái)做到這一點(diǎn)，而無(wú)需任何額外的外部功能塊，這也是分立設(shè)計(jì)通常需要的東西；他們?cè)诜至⒖刂破魍獠繕?gòu)建了一個(gè)線性高壓穩(wěn)壓器，以提供低壓?jiǎn)?dòng)，”Vaughan 說(shuō)。

他補(bǔ)充說(shuō)：“在圖 2 所示的示意圖中，您會(huì)看到次級(jí)繞組上提供 12 伏電壓；如果您添加另一個(gè)繞組，然后添加另一個(gè)二極管，另一個(gè)電容器，那么您可以任意生成任意數(shù)量的輸出。所以通常情況下，使用這種方式是你有一個(gè)隔離的主輸出，然后創(chuàng)建兩個(gè)額外的非隔離輸出。這為逆變器控制電子設(shè)備提供了隔離電源，并為低壓側(cè)主電源開(kāi)關(guān)提供了非隔離門(mén)電源?！?/p>

電動(dòng)車(chē)

電動(dòng)汽車(chē)的性能，即使是小型的，也遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于內(nèi)燃機(jī)。您必須能夠快速為電動(dòng)汽車(chē)充電，以便它們被廣泛采用。

您必須能夠快速為電動(dòng)汽車(chē)充電，以便它們被廣泛采用?！耙虼耍枰粋€(gè)可以減少充電時(shí)間的基礎(chǔ)設(shè)施。為車(chē)輛提供高功率所需的電線尺寸也是一個(gè)實(shí)際限制。當(dāng)電壓從 400 增加到 800 時(shí)，提供相同電量所需的電流減少了一半。因?yàn)榫€損是電流平方的函數(shù)，所以它們減少了四倍。這很重要，因?yàn)槟幌雽⑦@些巨大的電線放在車(chē)內(nèi)，因?yàn)檫@會(huì)增加系統(tǒng)的重量。因此，更高的電壓可以避免增加充電器的復(fù)雜性?！蔽侄髡f(shuō)。

目前，開(kāi)發(fā)人員必須滿足在沒(méi)有電動(dòng)汽車(chē)那么大的車(chē)輛中運(yùn)送更多人員和貨物的需求。因此，市場(chǎng)正在轉(zhuǎn)向 SiC 器件，以最大限度地減小功率轉(zhuǎn)換設(shè)備的尺寸和重量。

電池充電所需的時(shí)間對(duì)于電動(dòng)汽車(chē) （EV） 以及更廣泛的電動(dòng)交通的可行性至關(guān)重要。長(zhǎng)期以來(lái)被視為電動(dòng)汽車(chē)的薄弱環(huán)節(jié)之一，充電時(shí)間穩(wěn)步減少，這得益于快速充電等復(fù)雜的解決方案，僅需幾分鐘。直接連接到交流電源的車(chē)載充電系統(tǒng) （OBC） 通常需要至少四個(gè)小時(shí)才能充電。相反，以直流電運(yùn)行的快速充電系統(tǒng)可以將充電時(shí)間縮短到 30 分鐘以下。在充電系統(tǒng)中，基于碳化硅 （SiC） 的功率 MOSFET 發(fā)揮著重要作用。SiC 是一種寬帶隙半導(dǎo)體，與硅相比，它具有高效率和功率密度、高可靠性和耐用性等優(yōu)點(diǎn)，可降低解決方案的成本和尺寸。

與基于 IGBT 的傳統(tǒng)解決方案（最大效率為 96%）相比，SiC MOSFET 的效率達(dá)到 98.5%，功率損耗降低高達(dá) 38%。此外，SiC 允許更低的工作溫度，從而改善熱管理。

審核編輯：郭婷