精品文檔-下載后可編輯PI創(chuàng)新集成SiC的開關(guān)電源，簡化電動汽車應(yīng)急電源設(shè)計-設(shè)計應(yīng)用“汽車對于我們來說是一個全新的市場，這款全新的集成1700VSiC的InnoSwitch-AQ確實為我們打開了大門，它可以支持800V母線電池電壓的電動汽車應(yīng)用。我們擁有高壓方面的專注知識，能夠提供非常小巧、可靠、簡單且低功耗的解決方案，從而確保電池不會自行放電?！盤ICEOBaluBalakrishnan在公司2022年財報電話會上表示。

初次集成SiC的開關(guān)電源IC

隨著電動汽車市場的持續(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)軍電動汽車市場的產(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)初級開關(guān)MOSFET的汽車級開關(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、電動巴士、卡車的應(yīng)急電源應(yīng)用。

實際上，隨著電動汽車對于功率與效率的追求，母線電壓正在從400V向600V、800V甚至1000V以上的高壓母線系統(tǒng)邁進(jìn)，從而實現(xiàn)更大的電池組、更高的充電效率，以及更少的線束的損耗及總重量。同時應(yīng)注意的是未來一段時間內(nèi)，400V母線電壓和800V將共存，這就要在汽車整體電源平臺設(shè)計時，要同時堅固這兩種情況。

如今，隨著SiC、GaN所代表的第三代半導(dǎo)體在市場上的廣泛應(yīng)用，由于其在耐壓、頻率、以及耐熱性上的獨特優(yōu)勢，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上的寵兒。電動汽車主要功率部件，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集成至開關(guān)電源中，則開啟了SiC在汽車市場中的新紀(jì)元。PI資深技術(shù)培訓(xùn)經(jīng)理閻金光表示，該SiCMOSFET的1700V耐壓可以適應(yīng)現(xiàn)在及將來所有高母線電壓的電動汽車應(yīng)急電源設(shè)計。

電動汽車由于其動力系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)等均是由電來驅(qū)動的，因此其對于失效有著更嚴(yán)格的要求，包括ISO26262等均要求汽車配備應(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，應(yīng)急電源可以對汽車控制系統(tǒng)及驅(qū)動系統(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，從而簡化設(shè)計，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)目多所面臨的采購挑戰(zhàn)。

InnoSwitch3-AQ解析

如圖所示，InnoSwitch3-AQ集成了包括1700VSiC高壓開關(guān)、QR/CCM反激控制器、同步整流以及加強絕緣反饋電路FluxLink（很高支持5000V高壓），從而單芯片實現(xiàn)了次級側(cè)檢測和控制。而傳統(tǒng)的應(yīng)急電源設(shè)計，由于光耦器的低可靠性，很多設(shè)計者往往采用初級穩(wěn)壓方案的設(shè)計，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DC-DC穩(wěn)壓，這不但會增加系統(tǒng)元件數(shù)目，還會影響整體系統(tǒng)效率。PI的次級穩(wěn)壓方案可以實現(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

具體到優(yōu)勢，閻金光從產(chǎn)品本身優(yōu)勢和系統(tǒng)優(yōu)勢兩方面給予了解析。

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

而通過一系列高集成及優(yōu)異特性，實現(xiàn)了系統(tǒng)級的優(yōu)勢。

首先，是其次級側(cè)檢測實現(xiàn)高jing度輸出，無需后極LDO或DC/DC即可實現(xiàn)穩(wěn)定供電，并減少輸出電容，且可同時支持多路輸出。

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，新方案無需外置StackFET分壓，即可實現(xiàn)對于高壓電池系統(tǒng)的支持。

PowerIntegrations汽車業(yè)務(wù)發(fā)展總監(jiān)PeterVaughan表示：“800V電池正在成為電動汽車的標(biāo)準(zhǔn)配置。多個車輛系統(tǒng)連接到這個強大的電源，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，安全地從主母線上汲取少許能量供控制電路使用，而不會造成能量的浪費。”

除了汽車應(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，包括機器人、電焊機、三相電表和工業(yè)電機等。

廣泛的車用級產(chǎn)品組合

除了1700VInnoSwitch3-AQ，以及上一代750VInnoSwitch3-AQ之外，PI還擁有其他汽車級芯片。包括非隔離反激式開關(guān)ICLinkSwitch-TN2Q系列，汽車專用二極管Qspeed以及SCALE-iDriver系列門極驅(qū)動器IC，滿足電動汽車中的各類供電及功率變換應(yīng)用。

從高壓MOSFET到GaN再到如今的SiCF