具有1700V SiC MOSFET的汽車級高壓開關?

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級開關電源的碳化硅 （SiC）初級開關 MOSFET。這些新設備可產(chǎn)生高達 70 瓦的輸出功率，用于 600 和 800 伏電池和燃料電池電動乘用車，以及電動巴士、卡車和一系列工業(yè)電源應用。InnoSwitch3-AQ 1700 伏組件也適用于工業(yè)市場，其中集成解決方案在可再生能源、工業(yè)電機驅(qū)動、電池存儲和計量等應用中取代了分立控制器加MOSFET 設計。

Power Integrations 汽車業(yè)務發(fā)展總監(jiān) Peter Vaughan 在接受 Power Electronics News 采訪時指出，交通電氣化正在以令人印象深刻的速度發(fā)展，特別是對于系統(tǒng)電壓徘徊在 300 至 500 伏左右的汽車、公共汽車和卡車而言。“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，這讓您可以想象在不久的將來會出現(xiàn) 900 伏系統(tǒng)；所有這些都是通過優(yōu)化充電時間來驅(qū)動的。充電時間、尺寸和重量是電動汽車的關鍵考慮因素。因此，您需要有一個可擴展的輔助電源解決方案，以便能夠輕松適應每個級別的不同總線，”Vaughan 說。

動力總成

電動汽車由一系列功能塊組成。優(yōu)化的柵極驅(qū)動器解決方案基于SiC和IGBT。新的國際ISO 26262標準要求車輛設計為功能性和安全性。因此，功能安全要求電動汽車即使在故障條件下也能安全使用。汽車行業(yè)需要強大的集成，以不僅減少系統(tǒng)問題，而且減少與速度鑒定相關的總費用。根據(jù)電力集成，新型1700伏開關減少了電路板空間，同時也提高了系統(tǒng)可靠性，減少了部件采購問題。

PI 提供的新型 1700 伏開關包括一個 QR/CCM 反激控制器、同步整流和增強型隔離反饋。包含同步整流和準諧振 （QR）/CCM 反激式控制器可實現(xiàn)超過 90% 的效率，輕松滿足最嚴格的 OEM 要求。PI 指出，這些新部件在空閑時的功耗不到 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)標準，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設備允許電子設備在不浪費能源的情況下消耗很少的功率，并且簡化了主牽引逆變器的應急電源，主牽引逆變器可以在30到1000伏之間的任何電壓下隨時運行。

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5000 VRM的強化隔離，并可在小型InSOP中使用?-24D包裝。FluxLink技術允許直接感應輸出電壓，從而提供精確控制和快速瞬態(tài)響應等優(yōu)點。電路在30伏電壓下啟動時沒有任何外部電路，這是一個重要的安全特性。輸入欠壓、輸出過壓和過電流限制都是額外的保護特性。

圖2:1700 V額定值不再需要StackFET組件

“設計師的要求是確保電源在 60 伏以下運行。規(guī)范是在 30 到 40 伏之間運行。因此，我們可以通過內(nèi)部啟動電路來做到這一點，而無需任何額外的外部功能塊，這也是分立設計通常需要的東西；他們在分立控制器外部構建了一個線性高壓穩(wěn)壓器，以提供低壓啟動，”Vaughan 說。

他補充說：“在圖 2 所示的示意圖中，您會看到次級繞組上提供 12 伏電壓；如果您添加另一個繞組，然后添加另一個二極管，另一個電容器，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隔離的主輸出，然后創(chuàng)建兩個額外的非隔離輸出。這為逆變器控制電子設備提供了隔離電源，并為低壓側(cè)主電源開關提供了非隔離門電源?！?/p>

電動車

電動汽車的性能，即使是小型的，也遠遠優(yōu)于內(nèi)燃機。您必須能夠快速為電動汽車充電，以便它們被廣泛采用。

您必須能夠快速為電動汽車充電，以便它們被廣泛采用?！耙虼耍枰粋€可以減少充電時間的基礎設施。為車輛提供高功率所需的電線尺寸也是一個實際限制。當電壓從 400 增加到 800 時，提供相同電量所需的電流減少了一半。因為線損是電流平方的函數(shù)，所以它們減少了四倍。這很重要，因為您不想將這些巨大的電線放在車內(nèi)，因為這會增加系統(tǒng)的重量。因此，更高的電壓可以避免增加充電器的復雜性?！蔽侄髡f。

目前，開發(fā)人員必須滿足在沒有電動汽車那么大的車輛中運送更多人員和貨物的需求。因此，市場正在轉(zhuǎn)向 SiC 器件，以最大限度地減小功率轉(zhuǎn)換設備的尺寸和重量。

電池充電所需的時間對于電動汽車 （EV） 以及更廣泛的電動交通的可行性至關重要。長期以來被視為電動汽車的薄弱環(huán)節(jié)之一，充電時間穩(wěn)步減少，這得益于快速充電等復雜的解決方案，僅需幾分鐘。直接連接到交流電源的車載充電系統(tǒng) （OBC） 通常需要至少四個小時才能充電。相反，以直流電運行的快速充電系統(tǒng)可以將充電時間縮短到 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，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 的效率達到 98.5%，功率損耗降低高達 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