PI全新汽車級開關(guān)電源IC，不止降耗增效這么簡單！

隨著汽車部件的電動化、自動化程度不斷提高，確保汽車系統(tǒng)的可靠性現(xiàn)已成為整個半導(dǎo)體供應(yīng)鏈的核心目標(biāo)。

為了給業(yè)內(nèi)提供一種更為先進(jìn)的解決方案，近日全球領(lǐng)先的高壓集成電路供應(yīng)商Power Integrations（以下簡稱“PI”）擴充了旗下InnoSwitch?3-AQ產(chǎn)品系列陣容，研發(fā)并推出了兩款符合AEC-Q100標(biāo)準(zhǔn)、額定電壓1700V的汽車級開關(guān)電源IC，旨在增強系統(tǒng)可靠性，并緩解元器件采購所面臨的挑戰(zhàn)。

我們都知道，電力電子器件的發(fā)展歷史大致可分為三個階段，即硅晶閘管（可控硅）、IGBT（絕緣柵雙極型晶體管），以及近幾年剛剛顯露頭角的碳化硅（SiC）系列大功率半導(dǎo)體器件。其中，碳化硅屬于第三代半導(dǎo)體材料。與普通的硅材料相比，碳化硅的優(yōu)勢非常突出，它不僅克服了普通硅材料的某些缺點，更是在功耗上有著出色的表現(xiàn)，因而成為了電力電子領(lǐng)域目前最具前景的半導(dǎo)體材料。而此次PI推出的全新IC，正是基于碳化硅而設(shè)計的。

據(jù)PI技術(shù)培訓(xùn)經(jīng)理Jason Yan介紹，InnoSwitch3-AQ 1700V器件是業(yè)界首款采用碳化硅（SiC）初級開關(guān)MOSFET的汽車級開關(guān)電源IC，可以提供高達(dá)70W的輸出功率，主要用于600V和800V純電池和燃料電池乘用車，以及電動巴士、卡車和各種工業(yè)電源應(yīng)用。

與傳統(tǒng)的硅MOSFET相比，碳化硅MOSFET具有耐高溫、耐腐蝕、導(dǎo)熱快、強度高、硬度高、耐磨性好、抗熱抗震性好、導(dǎo)熱系數(shù)大，以及抗氧化性好等優(yōu)勝功能。碳化硅MOSFET不僅適合于從600V到10kV的廣泛電壓范圍，同時具備單極型器件的卓越開關(guān)性能。具體來說，碳化硅器件能以硅器件數(shù)倍的速度進(jìn)行開關(guān)。開關(guān)頻率越高，電感和電容等儲能和濾波部件就越容易實現(xiàn)小型化；電能損失降低，發(fā)熱量就會相應(yīng)減少，因此可以實現(xiàn)電力轉(zhuǎn)換器的小型化。

“采用1700V耐壓的碳化硅之后，高度集成的InnoSwitch IC可將整個電源的元件數(shù)量減少多達(dá)50%，大量節(jié)省了電路板空間。現(xiàn)在我們能以更少的元件來做應(yīng)急電源的設(shè)計，這將大幅提高汽車的安全性和系統(tǒng)的可靠性?！盝ason Yan如是說。

不過，碳化硅優(yōu)勢之余，也存在著成本偏高的問題。針對這一問題，Jason Yan卻有著不同的看法：“其實汽車并不像消費類電子那么的在乎成本，它更加在乎的是安全性與可靠性。如果一輛汽車因為某些原因被召回的話，那它的成本損失將是相當(dāng)大的，同時對這個品牌效應(yīng)影響也是很嚴(yán)重的。所以，我們是按照整體方案的性能來計算成本的?！?/span>

按照J(rèn)ason Yan的說法，雖然SiC材料價格成本偏高，但其對提高效率和續(xù)航里程，以及對增強系統(tǒng)可靠性等方面，均有著明顯的優(yōu)勢。因此從這個角度來看，采用碳化硅MOSFET還是比較劃算的。

“除此之外，我們把母線電壓提高到1000V以上之后，也可以加快電動汽車的充電速度?！盝ason Yan補充道。

無論對于車主，還是汽車廠商，大家除了關(guān)心續(xù)航里程之外，充電功率也是不能忽視的一項硬指標(biāo)。

學(xué)過物理的都應(yīng)該知道，根據(jù)電功率公式P=IU可知，要想提升充電功率，要么提升電壓，要么提升電流。而在功率相同的情況下，電壓越高，通過汽車線路的電流越小，由焦耳定律Q＝I2Rt可知，產(chǎn)生的功率損耗也就越小。因此，提高電池組電壓，既可以減小能量/功耗損失，同時又能增加電機驅(qū)動效率。這也就是為什么越來越多的汽車制造商將“提高母線電壓”作為自己下一階段的發(fā)展方向。

根據(jù)官方提供的參數(shù)，InnoSwitch3-AQ 1700V器件采用了緊湊的InSOP?-24D封裝，使用FluxLink?反饋鏈路，可以為次級側(cè)控制提供高達(dá)5000V有效值電壓的加強絕緣。FluxLink技術(shù)可直接檢測輸出電壓，其優(yōu)勢在于可提供高精度的控制，以及極其快速的動態(tài)響應(yīng)特性。在無需借助外部電路的情況下，電源在30V輸入電壓下即可工作，這對滿足功能安全的要求至關(guān)重要。其他保護(hù)功能包括輸入欠壓保護(hù)、輸出過壓保護(hù)和過流限制。

此外，全新IC內(nèi)部還集成了同步整流和準(zhǔn)諧振（QR）/CCM反激式控制器，可以實現(xiàn)90%以上的效率，輕松滿足最嚴(yán)格的OEM廠商要求。采用此方案的電源空載功耗可低于15mW，可以降低電池管理系統(tǒng)當(dāng)中電池的自放電。

當(dāng)然，InnoSwitch3-AQ 1700V器件也適用于高輸入電壓的工業(yè)類應(yīng)用，以集成解決方案取代分立的控制器加MOSFET設(shè)計，節(jié)省空間、時間和成本，同時提高可再生能源、工業(yè)電機驅(qū)動、電池儲能和電表等應(yīng)用的可靠性。

不難看出，作為目前市場上唯一一款通過AEC-Q100認(rèn)證且高度集成的1700V開關(guān)IC，其“高輸入電壓，高輸出精度”的優(yōu)勢將為業(yè)界樹立全新性能標(biāo)桿！