隨著汽車部件的電動(dòng)化、自動(dòng)化程度不斷提高，確保汽車系統(tǒng)的可靠性現(xiàn)已成為整個(gè)半導(dǎo)體供應(yīng)鏈的核心目標(biāo)。
為了給業(yè)內(nèi)提供一種更為先進(jìn)的解決方案，近日全球領(lǐng)先的高壓集成電路供應(yīng)商Power Integrations（以下簡(jiǎn)稱“PI”）擴(kuò)充了旗下InnoSwitch?3-AQ產(chǎn)品系列陣容，研發(fā)并推出了兩款符合AEC-Q100標(biāo)準(zhǔn)、額定電壓1700V的汽車級(jí)開關(guān)電源IC，旨在增強(qiáng)系統(tǒng)可靠性，并緩解元器件采購(gòu)所面臨的挑戰(zhàn)。
PI全新汽車級(jí)開關(guān)電源IC，不止降耗增效這么簡(jiǎn)單！
我們都知道，電力電子器件的發(fā)展歷史大致可分為三個(gè)階段，即硅晶閘管（可控硅）、IGBT（絕緣柵雙極型晶體管），以及近幾年剛剛顯露頭角的碳化硅（SiC）系列大功率半導(dǎo)體器件。其中，碳化硅屬于第三代半導(dǎo)體材料。與普通的硅材料相比，碳化硅的優(yōu)勢(shì)非常突出，它不僅克服了普通硅材料的某些缺點(diǎn)，更是在功耗上有著出色的表現(xiàn)，因而成為了電力電子領(lǐng)域目前最具前景的半導(dǎo)體材料。而此次PI推出的全新IC，正是基于碳化硅而設(shè)計(jì)的。
據(jù)PI技術(shù)培訓(xùn)經(jīng)理Jason Yan介紹，InnoSwitch3-AQ 1700V器件是業(yè)界首款采用碳化硅（SiC）初級(jí)開關(guān)MOSFET的汽車級(jí)開關(guān)電源IC，可以提供高達(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，以及電動(dòng)巴士、卡車和各種工業(yè)電源應(yīng)用。
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與傳統(tǒng)的硅MOSFET相比，碳化硅MOSFET具有耐高溫、耐腐蝕、導(dǎo)熱快、強(qiáng)度高、硬度高、耐磨性好、抗熱抗震性好、導(dǎo)熱系數(shù)大，以及抗氧化性好等優(yōu)勝功能。碳化硅MOSFET不僅適合于從600V到10kV的廣泛電壓范圍，同時(shí)具備單極型器件的卓越開關(guān)性能。具體來(lái)說(shuō)，碳化硅器件能以硅器件數(shù)倍的速度進(jìn)行開關(guān)。開關(guān)頻率越高，電感和電容等儲(chǔ)能和濾波部件就越容易實(shí)現(xiàn)小型化；電能損失降低，發(fā)熱量就會(huì)相應(yīng)減少，因此可以實(shí)現(xiàn)電力轉(zhuǎn)換器的小型化。
“采用1700V耐壓的碳化硅之后，高度集成的InnoSwitch IC可將整個(gè)電源的元件數(shù)量減少多達(dá)50%，大量節(jié)省了電路板空間。現(xiàn)在我們能以更少的元件來(lái)做應(yīng)急電源的設(shè)計(jì)，這將大幅提高汽車的安全性和系統(tǒng)的可靠性。”Jason Yan如是說(shuō)。
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不過(guò)，碳化硅優(yōu)勢(shì)之余，也存在著成本偏高的問(wèn)題。針對(duì)這一問(wèn)題，Jason Yan卻有著不同的看法：“其實(shí)汽車并不像消費(fèi)類電子那么的在乎成本，它更加在乎的是安全性與可靠性。如果一輛汽車因?yàn)槟承┰虮徽倩氐脑挘撬某杀緭p失將是相當(dāng)大的，同時(shí)對(duì)這個(gè)品牌效應(yīng)影響也是很嚴(yán)重的。所以，我們是按照整體方案的性能來(lái)計(jì)算成本的。”
按照J(rèn)ason Yan的說(shuō)法，雖然SiC材料價(jià)格成本偏高，但其對(duì)提高效率和續(xù)航里程，以及對(duì)增強(qiáng)系統(tǒng)可靠性等方面，均有著明顯的優(yōu)勢(shì)。因此從這個(gè)角度來(lái)看，采用碳化硅MOSFET還是比較劃算的。
“除此之外，我們把母線電壓提高到1000V以上之后，也可以加快電動(dòng)汽車的充電速度。”Jason Yan補(bǔ)充道。
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無(wú)論對(duì)于車主，還是汽車廠商，大家除了關(guān)心續(xù)航里程之外，充電功率也是不能忽視的一項(xiàng)硬指標(biāo)。
學(xué)過(guò)物理的都應(yīng)該知道，根據(jù)電功率公式P=IU可知，要想提升充電功率，要么提升電壓，要么提升電流。而在功率相同的情況下，電壓越高，通過(guò)汽車線路的電流越小，由焦耳定律Q＝I?Rt可知，產(chǎn)生的功率損耗也就越小。因此，提高電池組電壓，既可以減小能量/功耗損失，同時(shí)又能增加電機(jī)驅(qū)動(dòng)效率。這也就是為什么越來(lái)越多的汽車制造商將“提高母線電壓”作為自己下一階段的發(fā)展方向。
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根據(jù)官方提供的參數(shù)，InnoSwitch3-AQ 1700V器件采用了緊湊的InSOP?-24D封裝，使用FluxLink?反饋鏈路，可以為次級(jí)側(cè)控制提供高達(dá)5000V有效值電壓的加強(qiáng)絕緣。FluxLink技術(shù)可直接檢測(cè)輸出電壓，其優(yōu)勢(shì)在于可提供高精度的控制，以及極其快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。在無(wú)需借助外部電路的情況下，電源在30V輸入電壓下即可工作，這對(duì)滿足功能安全的要求至關(guān)重要。其他保護(hù)功能包括輸入欠壓保護(hù)、輸出過(guò)壓保護(hù)和過(guò)流限制。
此外，全新IC內(nèi)部還集成了同步整流和準(zhǔn)諧振（QR）/CCM反激式控制器，可以實(shí)現(xiàn)90%以上的效率，輕松滿足最嚴(yán)格的OEM廠商要求。采用此方案的電源空載功耗可低于15mW，可以降低電池管理系統(tǒng)當(dāng)中電池的自放電。
當(dāng)然，InnoSwitch3-AQ 1700V器件也適用于高輸入電壓的工業(yè)類應(yīng)用，以集成解決方案取代分立的控制器加MOSFET設(shè)計(jì)，節(jié)省空間、時(shí)間和成本，同時(shí)提高可再生能源、工業(yè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)、電池儲(chǔ)能和電表等應(yīng)用的可靠性。
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不難看出，作為目前市場(chǎng)上唯一一款通過(guò)AEC-Q100認(rèn)證且高度集成的1700V開關(guān)IC，其“高輸入電壓，高輸出精度”的優(yōu)勢(shì)將為業(yè)界樹立全新性能標(biāo)桿！
