具有1700V SiC MOSFET的汽车级高压开关?

Power Integrations （PI） 宣布为其 InnoSwitch?3-AQ 系列新增两款 1700 伏额定 AEC-Q100 合格 IC。新的解决方案包括用于汽车级开关电源的碳化硅 （SiC）初级开关 MOSFET。这些新设备可产生高达 70 瓦的输出功率，用于 600 和 800 伏电池和燃料电池电动乘用车，以及电动巴士、卡车和一系列工业电源应用。InnoSwitch3-AQ 1700 伏组件也适用于工业市场，其中集成解决方案在可再生能源、工业电机驱动、电池存储和计量等应用中取代了分立控制器加MOSFET 设计。

Power Integrations 汽车业务发展总监 Peter Vaughan 在接受 Power Electronics News 采访时指出，交通电气化正在以令人印象深刻的速度发展，特别是对于系统电压徘徊在 300 至 500 伏左右的汽车、公共汽车和卡车而言。“我们看到大多数系统都在 400 伏电压下工作。我们已经看到了 800 伏架构，这让您可以想象在不久的将来会出现 900 伏系统；所有这些都是通过优化充电时间来驱动的。充电时间、尺寸和重量是电动汽车的关键考虑因素。因此，您需要有一个可扩展的辅助电源解决方案，以便能够轻松适应每个级别的不同总线，”Vaughan 说。

动力总成

电动汽车由一系列功能块组成。优化的栅极驱动器解决方案基于SiC和IGBT。新的国际ISO 26262标准要求车辆设计为功能性和安全性。因此，功能安全要求电动汽车即使在故障条件下也能安全使用。汽车行业需要强大的集成，以不仅减少系统问题，而且减少与速度鉴定相关的总费用。根据电力集成，新型1700伏开关减少了电路板空间，同时也提高了系统可靠性，减少了部件采购问题。

PI 提供的新型 1700 伏开关包括一个 QR/CCM 反激控制器、同步整流和增强型隔离反馈。包含同步整流和准谐振 （QR）/CCM 反激式控制器可实现超过 90% 的效率，轻松满足最严格的 OEM 要求。PI 指出，这些新部件在空闲时的功耗不到 15 mW，非常适合减少电池管理系统中的自放电。

图 1：AEC-Q100，集成 1.7 kV 电源 IC

800伏电池正逐渐成为行业标准，不同的电子控制电路只需要几伏即可操作和通信。根据PI，InnoSwitch设备允许电子设备在不浪费能源的情况下消耗很少的功率，并且简化了主牵引逆变器的应急电源，主牵引逆变器可以在30到1000伏之间的任何电压下随时运行。

新型集成电路采用FluxLink? 反馈连接可为二次侧控制提供高达5000 VRM的强化隔离，并可在小型InSOP中使用?-24D包装。FluxLink技术允许直接感应输出电压，从而提供精确控制和快速瞬态响应等优点。电路在30伏电压下启动时没有任何外部电路，这是一个重要的安全特性。输入欠压、输出过压和过电流限制都是额外的保护特性。

图2:1700 V额定值不再需要StackFET组件

“设计师的要求是确保电源在 60 伏以下运行。规范是在 30 到 40 伏之间运行。因此，我们可以通过内部启动电路来做到这一点，而无需任何额外的外部功能块，这也是分立设计通常需要的东西；他们在分立控制器外部构建了一个线性高压稳压器，以提供低压启动，”Vaughan 说。

他补充说：“在图 2 所示的示意图中，您会看到次级绕组上提供 12 伏电压；如果您添加另一个绕组，然后添加另一个二极管，另一个电容器，那么您可以任意生成任意数量的输出。所以通常情况下，使用这种方式是你有一个隔离的主输出，然后创建两个额外的非隔离输出。这为逆变器控制电子设备提供了隔离电源，并为低压侧主电源开关提供了非隔离门电源。”

电动车

电动汽车的性能，即使是小型的，也远远优于内燃机。您必须能够快速为电动汽车充电，以便它们被广泛采用。

您必须能够快速为电动汽车充电，以便它们被广泛采用。“因此，您需要一个可以减少充电时间的基础设施。为车辆提供高功率所需的电线尺寸也是一个实际限制。当电压从 400 增加到 800 时，提供相同电量所需的电流减少了一半。因为线损是电流平方的函数，所以它们减少了四倍。这很重要，因为您不想将这些巨大的电线放在车内，因为这会增加系统的重量。因此，更高的电压可以避免增加充电器的复杂性。”沃恩说。

目前，开发人员必须满足在没有电动汽车那么大的车辆中运送更多人员和货物的需求。因此，市场正在转向 SiC 器件，以最大限度地减小功率转换设备的尺寸和重量。

电池充电所需的时间对于电动汽车 （EV） 以及更广泛的电动交通的可行性至关重要。长期以来被视为电动汽车的薄弱环节之一，充电时间稳步减少，这得益于快速充电等复杂的解决方案，仅需几分钟。直接连接到交流电源的车载充电系统 （OBC） 通常需要至少四个小时才能充电。相反，以直流电运行的快速充电系统可以将充电时间缩短到 30 分钟以下。在充电系统中，基于碳化硅 （SiC） 的功率 MOSFET 发挥着重要作用。SiC 是一种宽带隙半导体，与硅相比，它具有高效率和功率密度、高可靠性和耐用性等优点，可降低解决方案的成本和尺寸。

与基于 IGBT 的传统解决方案（最大效率为 96%）相比，SiC MOSFET 的效率达到 98.5%，功率损耗降低高达 38%。此外，SiC 允许更低的工作温度，从而改善热管理。

审核编辑：郭婷