“汽車(chē)對(duì)于我們來(lái)說(shuō)是一個(gè)全新的市場(chǎng)，這款全新的集成1700V SiC的InnoSwitch-AQ確實(shí)為我們打開(kāi)了大門(mén)，它可以支持 800 V母線(xiàn)電池電壓的電動(dòng)汽車(chē)應(yīng)用。我們擁有高壓方面的專(zhuān)注知識(shí)，能夠提供非常小巧、可靠、簡(jiǎn)單且低功耗的解決方案，從而確保電池不會(huì)自行放電?！盤(pán)I CEO Balu Balakrishnan在公司2021年財(cái)報(bào)電話(huà)會(huì)上表示。

    初次集成SiC的開(kāi)關(guān)電源IC

    隨著電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)的持續(xù)火熱，作為高壓/低壓轉(zhuǎn)換領(lǐng)域的行家，PI也陸續(xù)嘗試了諸多進(jìn)軍電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)的產(chǎn)品。新推出的InnoSwitch?3-AQ產(chǎn)品符合AEC-Q100標(biāo)準(zhǔn)，是業(yè)界首款采用碳化硅(SiC)初級(jí)開(kāi)關(guān)MOSFET的汽車(chē)級(jí)開(kāi)關(guān)電源IC。新IC可提供高達(dá)70W的輸出功率，主要用于600V和800V純電池和燃料電池乘用車(chē)、電動(dòng)巴士、卡車(chē)的應(yīng)急電源應(yīng)用。

    實(shí)際上，隨著電動(dòng)汽車(chē)對(duì)于功率與效率的追求，母線(xiàn)電壓正在從400V向600V、800V甚至1000V以上的高壓母線(xiàn)系統(tǒng)邁進(jìn)，從而實(shí)現(xiàn)更大的電池組、更高的充電效率，以及更少的線(xiàn)束的損耗及總重量。同時(shí)應(yīng)注意的是未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)，400V母線(xiàn)電壓和800V將共存，這就要在汽車(chē)整體電源平臺(tái)設(shè)計(jì)時(shí)，要同時(shí)堅(jiān)固這兩種情況。

    如今，隨著SiC、GaN所代表的第三代半導(dǎo)體在市場(chǎng)上的廣泛應(yīng)用，由于其在耐壓、頻率、以及耐熱性上的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，使其具有遠(yuǎn)超于傳統(tǒng)硅的電源功率密度，以及更低的損耗，因此迅速成為新能源車(chē)上的寵兒。電動(dòng)汽車(chē)主要功率部件，包括逆變器、變頻器以及OBC等都已經(jīng)或正在嘗試采用第三代半導(dǎo)體。

    PI將SiC集成至開(kāi)關(guān)電源中，則開(kāi)啟了SiC在汽車(chē)市場(chǎng)中的新紀(jì)元。PI資深技術(shù)培訓(xùn)經(jīng)理閻金光表示，該SiC MOSFET的1700V耐壓可以適應(yīng)現(xiàn)在及將來(lái)所有高母線(xiàn)電壓的電動(dòng)汽車(chē)應(yīng)急電源設(shè)計(jì)。

    電動(dòng)汽車(chē)由于其動(dòng)力系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)等均是由電來(lái)驅(qū)動(dòng)的，因此其對(duì)于失效有著更嚴(yán)格的要求，包括ISO26262等均要求汽車(chē)配備應(yīng)急電源系統(tǒng)，以便在傳統(tǒng)12V蓄電瓶供電系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)急電源可以對(duì)汽車(chē)控制系統(tǒng)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等器件供電。

    PI資深技術(shù)培訓(xùn)經(jīng)理閻金光表示，傳統(tǒng)分立方案一套應(yīng)急電源大概需要100多個(gè)器件，而采用PI的方案后，元器件數(shù)量可以降低一半，從而簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，降低占板面積、縮減BOM，可大幅提高電源的功率密度和可靠性，此外，還可以緩解元器件數(shù)目多所面臨的采購(gòu)挑戰(zhàn)。

    InnoSwitch3-AQ解析

    如圖所示，InnoSwitch3-AQ集成了包括1700V SiC高壓開(kāi)關(guān)、QR/CCM反激控制器、同步整流以及加強(qiáng)絕緣反饋電路FluxLink（很高支持5000V高壓），從而單芯片實(shí)現(xiàn)了次級(jí)側(cè)檢測(cè)和控制。而傳統(tǒng)的應(yīng)急電源設(shè)計(jì)，由于光耦器的低可靠性，很多設(shè)計(jì)者往往采用初級(jí)穩(wěn)壓方案的設(shè)計(jì)，其jing度受負(fù)載條件以外圍元件公差的影響很大。這樣就需要在輸出端增加另外yi級(jí)DC-DC穩(wěn)壓，這不但會(huì)增加系統(tǒng)元件數(shù)目，還會(huì)影響整體系統(tǒng)效率。PI的次級(jí)穩(wěn)壓方案可以實(shí)現(xiàn)更jing確的電壓輸出，進(jìn)而節(jié)省成本，提升效率。

    產(chǎn)品及系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)

    具體到優(yōu)勢(shì)，閻金光從產(chǎn)品本身優(yōu)勢(shì)和系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)兩方面給予了解析。

    產(chǎn)品具有支持30V-1200V寬電壓輸入，同步整流實(shí)現(xiàn)

    而通過(guò)一系列高集成及優(yōu)異特性，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)級(jí)的優(yōu)勢(shì)。

    首先，是其次級(jí)側(cè)檢測(cè)實(shí)現(xiàn)高jing度輸出，無(wú)需后極LDO或DC/DC即可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定供電，并減少輸出電容，且可同時(shí)支持多路輸出。

    其次，集成FluxLink磁耦技術(shù)，可取代傳統(tǒng)光耦隔離通信。

    此外，閻金光表示，與此前集成750V的InnoSwitch3-AQ相比，新方案無(wú)需外置StackFET分壓，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)于高壓電池系統(tǒng)的支持。

    Power Integrations汽車(chē)業(yè)務(wù)發(fā)展總監(jiān)Peter Vaughan表示：“800V電池正在成為電動(dòng)汽車(chē)的標(biāo)準(zhǔn)配置。多個(gè)車(chē)輛系統(tǒng)連接到這個(gè)強(qiáng)大的電源，但精巧的電子控制電路只需要幾伏電壓即可進(jìn)行工作和通信。使用InnoSwitch器件的電路可以使用很小的電路板面積，安全地從主母線(xiàn)上汲取少許能量供控制電路使用，而不會(huì)造成能量的浪費(fèi)?！?/p>

    除了汽車(chē)應(yīng)用之外，PI也將SiC集成至InnoSwitch3-EP產(chǎn)品中，適合有更高輸入電壓要求的工業(yè)電源應(yīng)用，包括機(jī)器人、電焊機(jī)、三相電表和工業(yè)電機(jī)等。

    廣泛的車(chē)用級(jí)產(chǎn)品組合

    除了1700V InnoSwitch3-AQ，以及上一代750V InnoSwitch3-AQ之外，PI還擁有其他汽車(chē)級(jí)芯片。包括非隔離反激式開(kāi)關(guān)IC LinkSwitch-TN2Q系列，汽車(chē)專(zhuān)用二極管Qspeed以及SCALE-iDriver系列門(mén)極驅(qū)動(dòng)器IC，滿(mǎn)足電動(dòng)汽車(chē)中的各類(lèi)供電及功率變換應(yīng)用。

    從高壓MOSFET到GaN再到如今的SiC FET，作為此前專(zhuān)注于AC/DC的PI，正在將觸角伸向包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)、新能源逆變器、電動(dòng)汽車(chē)等更多市場(chǎng)，一方面增加了其市場(chǎng)機(jī)會(huì)，另外則是借助其在高壓領(lǐng)域的知識(shí)，助力雙碳政策的落地，從而踐行公司一直以來(lái)對(duì)于節(jié)能減排的承諾。