針對(duì)工業(yè)和400V系統(tǒng)汽車電源，PI推出新款PowiGaN InnoSwitch-3器件

（文/程文智）近日，Power Integrations（簡(jiǎn)稱：PI）宣布推出900V氮化鎵(GaN)器件，為InnoSwitch3系列反激式開關(guān)IC再添新品。新IC采用了PI特有的PowiGaN技術(shù)，可提供高達(dá)100W的功率，效率超過93%，因而無需散熱片，并可簡(jiǎn)化空間受限型應(yīng)用的電源設(shè)計(jì)。

InnoSwitch3設(shè)計(jì)還具有出色的輕載效率，非常適合在低功耗睡眠模式下為電動(dòng)汽車提供輔助電源。符合AEC-Q100標(biāo)準(zhǔn)的InnoSwitch3-AQ產(chǎn)品系列特別適用于基于400V母線系統(tǒng)的電動(dòng)汽車，而900V PowiGaN開關(guān)對(duì)于進(jìn)行12V電池替代的系統(tǒng)可提供更大的功率和更高的設(shè)計(jì)裕量，并且效率高于硅基變換器。

據(jù)PI產(chǎn)品技術(shù)培訓(xùn)經(jīng)理Jason Yan介紹，此次PI推出的新款PowiGaN產(chǎn)品包括900V InnoSwitch3-EP和InnoSwitch3-AQ兩個(gè)類別。其中InnoSwitch3-EP主要針對(duì)工業(yè)領(lǐng)域類應(yīng)用，比如家電、三相電機(jī)和服務(wù)器中的輔助電源等應(yīng)用，而且新的900V器件與現(xiàn)有的725V和750V InnoSwitch3-EP器件引腳相兼容，并提供更高的安全裕量，非常適合市電電壓不穩(wěn)的國(guó)家和地區(qū)；InnoSwitch3-AQ則主要應(yīng)用于汽車當(dāng)中。

值得一提的是，新款900V InnoSwitch3-EP和InnoSwitch3-AQ恒壓/恒流離線反激式開關(guān)IC采用同步整流、波谷開通的非連續(xù)導(dǎo)通模式(DCM)和連續(xù)導(dǎo)通模式(CCM)的反激式控制器。FluxLink?通信技術(shù)可使IC封裝位于安規(guī)隔離帶上，從而提高效率并省去光耦器。PowiGaN技術(shù)使InnoSwitch3-EP IC能夠在沒有散熱片的情況下提供高達(dá)100W（230VAC±15%條件下）的功率。InnoSwitch3-EP器件集成了多項(xiàng)保護(hù)特性，包括輸入過壓及欠壓保護(hù)、輸出過壓及過流限制以及過溫關(guān)斷。該系列器件提供標(biāo)準(zhǔn)輸出功率和峰值輸出功率選項(xiàng)。汽車級(jí)InnoSwitch3-AQ器件可以從400V母線提供100W的輸出功率，并且具備與800V電動(dòng)汽車系統(tǒng)所用的廣受歡迎的1700V碳化硅InnoSwitch3-AQ IC類似的性能和保護(hù)功能。

12V鉛酸電池或被取消，InnoSwitch3-AQ可簡(jiǎn)化汽車功率架構(gòu)

在傳統(tǒng)燃油汽車當(dāng)中，一般都會(huì)有一個(gè)12V的鉛酸電池來給汽車當(dāng)中的風(fēng)扇、娛樂系統(tǒng)、照明、轉(zhuǎn)向助力、車窗、泵，以及安全與通信系統(tǒng)等提供電源。即便到了現(xiàn)在的電動(dòng)汽車當(dāng)中，大部分的電動(dòng)汽車也仍然有一個(gè)鉛酸電池存在。

使用12V鉛酸電池的電動(dòng)汽車內(nèi)的功率架構(gòu)如下圖所示，電流從AC充電口進(jìn)來后，會(huì)進(jìn)入集成的充電控制單元中，該單元包括AFE前端與DC/DC轉(zhuǎn)換模塊，也就是說集成的充電控制單元主要就是車載充電器，加上APU（輔助供電單元）。

從DC/DC高壓出來后，一部分電流會(huì)進(jìn)入高壓功率配電模組（PDM），給高壓電池進(jìn)行充電，或者給A/C壓縮機(jī)和客艙加熱的功能模塊供電；另一部分會(huì)進(jìn)入APU，然后給12V鉛酸電池充電。

在高壓電池組，即電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池內(nèi)部，會(huì)有BMS來負(fù)責(zé)高壓電池的管理、ECU、保險(xiǎn)絲、Pyro、接觸器等，以實(shí)現(xiàn)在汽車發(fā)生故障的時(shí)候，讓動(dòng)力電池與其他電路斷開，防止在撞車，或者汽車發(fā)生故障的時(shí)候，高壓對(duì)人身安全產(chǎn)生危險(xiǎn)。

高壓電池則會(huì)連接逆變器，將直流轉(zhuǎn)換成交流，以驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。高壓電池除了連接逆變器，還會(huì)配備一個(gè)EPS（應(yīng)急電源系統(tǒng)），保證在故障情況下，能實(shí)現(xiàn)逆變器驅(qū)動(dòng)、保護(hù)電路的安全控制。畢竟有些情況下，如果供電電源不夠的畫，應(yīng)急電源就會(huì)接入，給驅(qū)動(dòng)和保護(hù)電路提供電力。

在Jason看來，此時(shí)的應(yīng)急電源可以采用PI的InnoSwitch3-AQ，大概60W左右的電源就能滿足需求了。

Jason指出，在12V鉛酸電池主要用來給汽車中的低壓部分來進(jìn)行供電，其最大的功率來自于轉(zhuǎn)向助力，可能會(huì)達(dá)到1.5kW~4kW。

這就是目前比較主流的汽車功率架構(gòu)，但現(xiàn)在有一種趨勢(shì)，那就是將這個(gè)12V的鉛酸電池去掉，或者是將12V的電池體積縮小。12V電池的消除有利于減小車輛重量、節(jié)省空間、降低成本，以及降低維護(hù)要求（鉛酸電池的充放電次數(shù)一般在300次，用完需要更換）。

那么該如何去掉呢？Jason解釋說，“實(shí)際上，我們通常會(huì)用高壓的直流母線電池直接跟APU來相通，所以原來12V電池的地方會(huì)有一個(gè)APU。此時(shí)，我們會(huì)用到InnoSwitch3-AQ的一個(gè)電源，這個(gè)電源會(huì)達(dá)到100W，同時(shí)會(huì)有一個(gè)待機(jī)電源，它的輸出功率是在60到100W?！?br />
也就是說會(huì)有兩個(gè)APU，而且是并聯(lián)的，原因是轉(zhuǎn)向助力的時(shí)候會(huì)有峰值功率要求，用兩個(gè)APU可以實(shí)現(xiàn)冗余。采用這樣的方式就可以去掉12V鉛酸電池了。

當(dāng)然，也有另外一個(gè)趨勢(shì)，那就是既然轉(zhuǎn)向助力是有峰值功率要求的，有些車企就考慮不用12V給它供電，二是用高壓來進(jìn)行供電。目前有些歐洲車企已經(jīng)在往這個(gè)方面發(fā)展了。這樣就能將很大一部分原來低壓負(fù)載的功率轉(zhuǎn)移到了高壓負(fù)載里面去了，從而可以降低對(duì)APU的要求。

同時(shí)，Jason還介紹了一款基于InnoSwitch3-AQ的100W汽車用EPS解決方案。據(jù)他介紹，該解決方案非常之矮，可以做到超薄，而且是極低的元件數(shù)目，只需要80個(gè)元件。其輸入電壓范圍也很寬泛，為30~500V直流輸入，可輸出13.6V/6.5A。

更為關(guān)鍵的是，該解決方案能在負(fù)載范圍內(nèi)維持高效，比如在50%以上負(fù)載時(shí)，就可以做到大于93%的效率；在大于10%負(fù)載時(shí)，可以做到超過85%的效率。而傳統(tǒng)解決方案在大于10%負(fù)載時(shí)，效率也就做到70%左右。