納芯微電子的電機(jī)功率驅(qū)動(dòng)與信號(hào)采樣解決方案

近期，蓋世汽車(chē)在上海舉辦「2022蓋世汽車(chē)電驅(qū)動(dòng)及關(guān)鍵技術(shù)優(yōu)質(zhì)供應(yīng)商」授予儀式，為電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電控系統(tǒng)、功率模塊、OBC&DC/DC等細(xì)分領(lǐng)域的企業(yè)頒發(fā)「2022蓋世汽車(chē)電驅(qū)動(dòng)及關(guān)鍵技術(shù)優(yōu)質(zhì)供應(yīng)商」證書(shū)，并收入「2022蓋世汽車(chē)優(yōu)質(zhì)供應(yīng)商推薦名錄」。

綜合考慮產(chǎn)品的技術(shù)含量、市場(chǎng)反響與企業(yè)的發(fā)展?jié)摿Γ?strong>蓋世汽車(chē)授予納芯微電子“2022 OBC&DC/DC優(yōu)質(zhì)供應(yīng)商”榮譽(yù)稱(chēng)號(hào)。

納芯微電子技術(shù)市場(chǎng)經(jīng)理方舟參加由蓋世汽車(chē)主辦的2022第三屆汽車(chē)電驅(qū)動(dòng)及關(guān)鍵技術(shù)大會(huì)，接受了蓋世汽車(chē)的視頻采訪(fǎng)，并發(fā)表了主題演講。

電動(dòng)化趨勢(shì)下，汽車(chē)半導(dǎo)體的搭載量提升了一倍，而智能化會(huì)促使這一數(shù)量呈現(xiàn)指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)的狀態(tài)，這其中，相較于傳感器和MCU，功率半導(dǎo)體的占比有更明顯的提升：從21%提升至55%。因此，發(fā)展車(chē)規(guī)級(jí)功率半導(dǎo)體的全國(guó)產(chǎn)化方案，打破技術(shù)壟斷無(wú)疑已成為迫切需求。

納芯微電子的第三代驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品將適配800V平臺(tái)，支持碳化硅的多管并聯(lián)，實(shí)現(xiàn)200-300kW的峰值功率。

針對(duì)電驅(qū)和新能源總成，納芯微有四大類(lèi)產(chǎn)品，分別是傳感器類(lèi)、信號(hào)鏈、隔離與接口、電源與驅(qū)動(dòng)。在未來(lái)，納芯微會(huì)進(jìn)一步加大在電驅(qū)上的應(yīng)用，開(kāi)發(fā)出專(zhuān)門(mén)針對(duì)第三代半導(dǎo)體和高性能高功率IGBT的整體驅(qū)動(dòng)解決方案，這是納芯微針對(duì)新能源總成的四大類(lèi)產(chǎn)品類(lèi)型，這些產(chǎn)品背后的技術(shù)基礎(chǔ)源自于納芯微2017年自研的隔離技術(shù)。

01 納芯微電子的隔離核心技術(shù) ? ?

納芯微已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了可以囊括所有電驅(qū)的全套高性能模擬芯片解決方案，納芯微也是國(guó)內(nèi)第一家能夠提供車(chē)規(guī)級(jí)的全站解決方案的公司，特別是基于隔離方案的隔離驅(qū)動(dòng)、電流采樣和隔離采樣。

新能源汽車(chē)主電驅(qū)解決方案

從上圖可以看到，納芯微所有隔離產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)內(nèi)部都是一個(gè)多級(jí)隔離帶的解決方案，在原副邊用CMOS工藝，用CMOS BCD去開(kāi)發(fā)一定的調(diào)理和解調(diào)電路。隔離帶的兩端用二氧化硅層，厚度大概是30微米，形成電容。由于電容天生就是隔直通交，所以需要信號(hào)去傳輸電容的時(shí)候，因而就會(huì)在發(fā)射端做一個(gè)調(diào)理電路，使用OOK的調(diào)制方式將電信號(hào)傳輸?shù)截?fù)端。在后面同樣會(huì)做一個(gè)二氧化硅層，也是形成了一個(gè)電容層，在產(chǎn)品的規(guī)格書(shū)上可以看到兩端電容的容值，可以通過(guò)信號(hào)傳輸將高低電屏信號(hào)從原邊傳輸?shù)礁边叀?/p>

使用兩層電容的好處是：任意原邊或副邊出現(xiàn)短路，這一短路的高壓信號(hào)可以單獨(dú)地從副邊傳輸?shù)皆?，?duì)人體和通信低壓域不會(huì)造成任何損壞。

以上是實(shí)現(xiàn)隔離帶的原理，接下來(lái)談?wù)劶夹g(shù)指標(biāo)。一是隔離層介質(zhì)，納芯微選擇二氧化硅，二氧化硅的耐壓范圍最高可達(dá)500伏每微米，而納芯微的單電容隔離層厚度是30微米，完全可以承受1000伏以上的電壓。

終端客戶(hù)經(jīng)常會(huì)問(wèn)到芯片到底能承受多少的工作電壓？這就需要引入一個(gè)特定的指標(biāo)參數(shù)：輸入和輸出的可重復(fù)性工作電壓，在出廠(chǎng)時(shí)，納芯微都會(huì)去測(cè)試所有芯片的隔離耐壓標(biāo)準(zhǔn)。

除了這些參數(shù)，另外一個(gè)問(wèn)題就是：如何保證量產(chǎn)產(chǎn)品隔離帶是否能夠滿(mǎn)足這些基本參數(shù)指標(biāo)？

實(shí)際上，行業(yè)內(nèi)有一個(gè)德國(guó)VDE 0884-11的認(rèn)證指標(biāo)，這一測(cè)試中有提到基于行業(yè)安全規(guī)范的TDDB數(shù)據(jù)分析。值得強(qiáng)調(diào)的是，一旦一款通過(guò)了TDBB測(cè)試，這意味著這一芯片的生命周期失效率小于1個(gè)PPM，如果芯片規(guī)格數(shù)寫(xiě)的是1000伏隔離電壓，這一測(cè)試可以保證這顆芯片在37.5年持續(xù)承受高壓的情況下，將失效率控制在百萬(wàn)分之一。

目前，我們的所有隔離芯片都可以提供VDE認(rèn)證證書(shū)，是目前所有國(guó)產(chǎn)車(chē)規(guī)產(chǎn)品里面第一家，也是唯一一家拿到VDE證書(shū)的公司。

電容隔離安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)

02 納芯微電子的驅(qū)動(dòng)技術(shù) ? ?

以上介紹的主要是產(chǎn)品背后的核心隔離技術(shù)，回歸到產(chǎn)品本身，第二個(gè)非常重要的底層技術(shù)就是驅(qū)動(dòng)。

目前，納芯微有兩代隔離驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品，第一代是簡(jiǎn)單型隔離驅(qū)動(dòng)，分為單管和雙管，終端功率器件可以是IGBT和SiC，同時(shí)兼容電壓型輸入和電流型輸入，也就是兼容傳統(tǒng)光耦的驅(qū)動(dòng)方案。

為了支持在數(shù)字電源和OBC領(lǐng)域里的高頻開(kāi)關(guān)，納芯微將芯片輸入輸出的延遲、不同通道間的匹配都控制在100納秒以下，可以支持100-200K赫茲斬波頻率。峰值電流達(dá)到做到4-5A，支持到11千瓦到幾十千瓦級(jí)別的產(chǎn)品。

2021年，納芯微推出了ISO Smart Driver第二代，將峰值驅(qū)動(dòng)電流提升到10A，并且這顆產(chǎn)品同時(shí)支持IGBT模塊和碳化硅模塊，可以讓終端Tier 1將芯片應(yīng)用到更廣泛的場(chǎng)景中去。未來(lái)，將開(kāi)發(fā)第三代產(chǎn)品，會(huì)支持800伏的高壓平臺(tái)，支持碳化硅的多管并聯(lián)，支持更大的電驅(qū)功率，峰值功率達(dá)到200-300kW。

在保護(hù)功能上，第二代產(chǎn)品就已經(jīng)將過(guò)飽軟關(guān)斷等保護(hù)集成在芯片內(nèi)部，對(duì)下一代產(chǎn)品的功能安全有非常大的幫助。

03 納芯微電子電流采樣的相關(guān)產(chǎn)品 ? ?

電流采樣產(chǎn)品也非常重要。如果從整個(gè)系統(tǒng)去看，電驅(qū)里面會(huì)包含母線(xiàn)電壓的過(guò)壓保護(hù)和監(jiān)控，同時(shí)要使用磁傳感器的方式檢測(cè)電流。目前納芯微是能夠同時(shí)提供隔離運(yùn)放的采樣方式和磁電流采樣方式的唯一一家國(guó)內(nèi)供應(yīng)商。

在磁電流檢測(cè)這塊，納芯微提供兩種方案，目前國(guó)內(nèi)使用最多的還是用磁環(huán)方式：中間通過(guò)Busbar將電流導(dǎo)通到電機(jī)上，會(huì)加一個(gè)磁環(huán)，把所有磁場(chǎng)鎖定在上面，通過(guò)對(duì)磁環(huán)上磁場(chǎng)的變化監(jiān)測(cè)，去實(shí)現(xiàn)對(duì)電流的監(jiān)測(cè)。另一個(gè)方案是：直接在Busbar上進(jìn)行挖槽，做一個(gè)平面的磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)電流監(jiān)測(cè)的。

采樣這部分也是提供兩代產(chǎn)品，第一代產(chǎn)品主要包含隔離型電壓和隔離型電流的采樣，在電壓采樣端，提供1311系列解決方案，可以通過(guò)檢測(cè)單端電壓，實(shí)現(xiàn)過(guò)壓保護(hù)和母線(xiàn)電壓監(jiān)控的功能。

納芯微電子的業(yè)務(wù)覆蓋前端設(shè)計(jì)、車(chē)載晶圓的封裝、可靠性測(cè)試、最終量產(chǎn)，各項(xiàng)環(huán)節(jié)都會(huì)嚴(yán)格按照車(chē)規(guī)級(jí)的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)、制作與測(cè)試，能夠滿(mǎn)足客戶(hù)在全套流程中的各項(xiàng)要求。

編輯：黃飛

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