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首款集成1700V SiC MOSFET的开关IC问世,PI以技术创新助力汽车产业变革

《名企发布会动态》
2022-02-17 09:34 来源:电源网原创 编辑:邢

自1881年法国工程师古斯塔夫·特鲁夫设计的世界上第一辆电动汽车问世,至今已过去一百四十多年。随着半导体技术的突飞猛进,通讯技术的不断发展,人工智能技术的广泛应用,以及全球削减碳排放共识的顺利达成,电动汽车正在成为全球汽车产业发展的大趋势。而电动汽车智能化、高能量密度和充放电倍率的电池技术以及碳化硅高功率电子器件的发展也为电动汽车高压化打下坚实的发展基础。

作为高压集成电路高能效功率变换领域的创新型公司,Power Integrations(以下简称PI)近日推出业界首款内部集成1700V SiC MOSFET的汽车级高压开关芯片——INN3947CQ与INN3949CQ,PI目前的InnoSwitch3-AQ产品系列已涵盖电动汽车所有的工作电压。

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为了解决电动汽车续航里程短,充电效率低的棘手问题,消费级电动汽车的母线电压越做越高,目前中高端电动汽车使用的电池电压高达900V,很多汽车制造商也将1000V - 1200V母线作为下一步的发展方向。与400V母线系统相比,900V母线产生的热量损失仅为1/5,充电速度也更快。应急电源要求电源解决方案能够支持更高的工作电压,同时还要保证在30V直流时也能够正常工作,这个是汽车应急电源中功能性安全的指标要求。

据PI资深技术培训经理阎金光介绍,PI新推出的两款器件是业界首款采用SiC初级开关MOSFET的汽车级开关电源IC。新IC符合AEC-Q100标准、额定耐压为1700V,主要用于600V和800V母线电压,甚至能支持1200V的纯电池和燃料电池汽车的应急电源,以及机器人、电焊机、三相电表和工业电机等需要高击穿电压的工业应用。

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InnoSwitch3-AQ 1700V器件采用超薄InSOP-24D封装,且内部集成高压开关、同步整流、QR/CCM反激控制器、加强绝缘反馈电路。同步整流和QR/CCM反激式控制器,可实现90%以上的效率,轻松满足最严格的OEM厂商要求。使用FluxLink反馈链路,可为次级侧控制提供高达5000V有效值电压的加强绝缘,FluxLink技术可直接检测输出电压,提供高精度的控制以及极其快速的动态响应特性。在无需借助外部电路的情况下,支持30V输入电压下启动,这对满足功能安全的要求至关重要。其他保护功能包括输入欠压保护、输出过压保护和过流限制。同时高度集成器件可提供高达70W的输出功率,1700V SiC MOSFET,支持600V-1200V母线电压。

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值得一提的是,新器件可将电源的元件数量缩减至50%,大幅节省PCB板面积的同时,也增强了系统的安全性和可靠性。次级侧的输出电压为±2%的高精度,可以节省现有方案当中常用到的后级DC-DC电路,从而减少元器件数目,有效降低整体系统成本。并且采用此方案的电源空载功耗可低于15mW,可以降低电池管理系统当中电池的自放电。

在谈及系统层级的优势时,阎金光表示:“新器件的稳压精度很高,不需要后级的DC-DC稳压电路。在牵引逆变器中节省的DC-DC电路可减小PCB板的占板面积,从而增加牵引逆变器的功率密度,缩小体积,降低重量,利于增加电动汽车的续航力。而为了保证汽车的安全性,要求凡是连接到高压母线电压上的元器件都要满足安全测试,否则一旦在故障情况下造成电池短路,那就是灾难性的影响,所以汽车制造商在电动汽车研发验证阶段,要花很多时间对连接到母线上的元器件进行安全认证。我们现在使用这个1700V碳化硅的开关管可以大大减少元件数目,没有那么多的元器件连接到母线电压上,也就可以大幅减少厂商进行验证的时间,同时也将很多保护特性也集成到了器件内部。这些功能特性受到了很多客户的欢迎。”

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采用1700V耐压后,不再需要旧有的StackFET电路架构

目前市面上的电动汽车母线电压主要有400V与800V两种,INN3947CQ与INN3949CQ可完全涵盖,即使以后母线电压上升到1200V或1500V,1700V的InnoSwitch3-AQ产品也可支持。

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除了汽车认证的产品INN3947CQ与INN3949CQ之外,PI还有非汽车认证的,内部同样有1700V SiC MOSFET的产品INN3647C与INN3649C,它们主要用在母线电压比较高的工业级的应用上,比如机器人、电焊机、三相电表和工业电机。

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PI同时推出参考设计DER-913Q和硬件套件RDK-919Q,可供需要评估InnoSwitch3-AQ 1700V IC的设计人员使用。在批量生产的情况下,元件型号INN3947CQ-TL的单价为5.64美元,元件型号INN3949CQ-TL的单价为9.02美元。

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保时捷Taycan的量产让800V高压系统正式走上历史舞台,加速了电动汽车高压化的竞争和各零部件高压技术的发展,高压化已成为必然趋势。期待今后PI带来更多惊喜,助力汽车产品架构与产业格局的新变革。

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