自1881年法國工程師古斯塔夫·特魯夫設計的世界上第一輛電動汽車問世，至今已過去一百四十多年。隨著半導體技術的突飛猛進，通訊技術的不斷發(fā)展，人工智能技術的廣泛應用，以及全球削減碳排放共識的順利達成，電動汽車正在成為全球汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的大趨勢。而電動汽車智能化、高能量密度和充放電倍率的電池技術以及碳化硅高功率電子器件的發(fā)展也為電動汽車高壓化打下堅實的發(fā)展基礎。

作為高壓集成電路高能效功率變換領域的創(chuàng)新型公司，Power Integrations（以下簡稱PI）近日推出業(yè)界首款內(nèi)部集成1700V SiC MOSFET的汽車級高壓開關芯片——INN3947CQ與INN3949CQ，PI目前的InnoSwitch3-AQ產(chǎn)品系列已涵蓋電動汽車所有的工作電壓。

為了解決電動汽車續(xù)航里程短，充電效率低的棘手問題，消費級電動汽車的母線電壓越做越高，目前中高端電動汽車使用的電池電壓高達900V，很多汽車制造商也將1000V - 1200V母線作為下一步的發(fā)展方向。與400V母線系統(tǒng)相比，900V母線產(chǎn)生的熱量損失僅為1/5，充電速度也更快。應急電源要求電源解決方案能夠支持更高的工作電壓，同時還要保證在30V直流時也能夠正常工作，這個是汽車應急電源中功能性安全的指標要求。

據(jù)PI資深技術培訓經(jīng)理閻金光介紹，PI新推出的兩款器件是業(yè)界首款采用SiC初級開關MOSFET的汽車級開關電源IC。新IC符合AEC-Q100標準、額定耐壓為1700V，主要用于600V和800V母線電壓，甚至能支持1200V的純電池和燃料電池汽車的應急電源，以及機器人、電焊機、三相電表和工業(yè)電機等需要高擊穿電壓的工業(yè)應用。

InnoSwitch3-AQ 1700V器件采用超薄InSOP-24D封裝，且內(nèi)部集成高壓開關、同步整流、QR/CCM反激控制器、加強絕緣反饋電路。同步整流和QR/CCM反激式控制器，可實現(xiàn)90%以上的效率，輕松滿足最嚴格的OEM廠商要求。使用FluxLink反饋鏈路，可為次級側控制提供高達5000V有效值電壓的加強絕緣，F(xiàn)luxLink技術可直接檢測輸出電壓，提供高精度的控制以及極其快速的動態(tài)響應特性。在無需借助外部電路的情況下，支持30V輸入電壓下啟動，這對滿足功能安全的要求至關重要。其他保護功能包括輸入欠壓保護、輸出過壓保護和過流限制。同時高度集成器件可提供高達70W的輸出功率，1700V SiC MOSFET，支持600V-1200V母線電壓。

值得一提的是，新器件可將電源的元件數(shù)量縮減至50%，大幅節(jié)省PCB板面積的同時，也增強了系統(tǒng)的安全性和可靠性。次級側的輸出電壓為±2%的高精度，可以節(jié)省現(xiàn)有方案當中常用到的后級DC-DC電路，從而減少元器件數(shù)目，有效降低整體系統(tǒng)成本。并且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)當中電池的自放電。

在談及系統(tǒng)層級的優(yōu)勢時，閻金光表示：“新器件的穩(wěn)壓精度很高，不需要后級的DC-DC穩(wěn)壓電路。在牽引逆變器中節(jié)省的DC-DC電路可減小PCB板的占板面積，從而增加牽引逆變器的功率密度，縮小體積，降低重量，利于增加電動汽車的續(xù)航力。而為了保證汽車的安全性，要求凡是連接到高壓母線電壓上的元器件都要滿足安全測試，否則一旦在故障情況下造成電池短路，那就是災難性的影響，所以汽車制造商在電動汽車研發(fā)驗證階段，要花很多時間對連接到母線上的元器件進行安全認證。我們現(xiàn)在使用這個1700V碳化硅的開關管可以大大減少元件數(shù)目，沒有那么多的元器件連接到母線電壓上，也就可以大幅減少廠商進行驗證的時間，同時也將很多保護特性也集成到了器件內(nèi)部。這些功能特性受到了很多客戶的歡迎。”

采用1700V耐壓后，不再需要舊有的StackFET電路架構

目前市面上的電動汽車母線電壓主要有400V與800V兩種，INN3947CQ與INN3949CQ可完全涵蓋，即使以后母線電壓上升到1200V或1500V，1700V的InnoSwitch3-AQ產(chǎn)品也可支持。

除了汽車認證的產(chǎn)品INN3947CQ與INN3949CQ之外，PI還有非汽車認證的，內(nèi)部同樣有1700V SiC MOSFET的產(chǎn)品INN3647C與INN3649C，它們主要用在母線電壓比較高的工業(yè)級的應用上，比如機器人、電焊機、三相電表和工業(yè)電機。

PI同時推出參考設計DER-913Q和硬件套件RDK-919Q，可供需要評估InnoSwitch3-AQ 1700V IC的設計人員使用。在批量生產(chǎn)的情況下，元件型號INN3947CQ-TL的單價為5.64美元，元件型號INN3949CQ-TL的單價為9.02美元。

保時捷Taycan的量產(chǎn)讓800V高壓系統(tǒng)正式走上歷史舞臺，加速了電動汽車高壓化的競爭和各零部件高壓技術的發(fā)展，高壓化已成為必然趨勢。期待今后PI帶來更多驚喜，助力汽車產(chǎn)品架構與產(chǎn)業(yè)格局的新變革。