PI创新集成SiC的开关电源，简化电动汽车应急电源设计

    “汽车对于我们来说是一个全新的市场，这款全新的集成1700V SiC的InnoSwitch-AQ确实为我们打开了大门，它可以支持 800 V母线电池电压的电动汽车应用。我们拥有高压方面的专注知识，能够提供非常小巧、可靠、简单且低功耗的解决方案，从而确保电池不会自行放电。”PI CEO Balu Balakrishnan在公司2021年财报电话会上表示。

    初次集成SiC的开关电源IC

    随着电动汽车市场的持续火热，作为高压/低压转换领域的行家，PI也陆续尝试了诸多进军电动汽车市场的产品。新推出的InnoSwitch?3-AQ产品符合AEC-Q100标准，是业界首款采用碳化硅(SiC)初级开关MOSFET的汽车级开关电源IC。新IC可提供高达70W的输出功率，主要用于600V和800V纯电池和燃料电池乘用车、电动巴士、卡车的应急电源应用。

    实际上，随着电动汽车对于功率与效率的追求，母线电压正在从400V向600V、800V甚至1000V以上的高压母线系统迈进，从而实现更大的电池组、更高的充电效率，以及更少的线束的损耗及总重量。同时应注意的是未来一段时间内，400V母线电压和800V将共存，这就要在汽车整体电源平台设计时，要同时坚固这两种情况。

    如今，随着SiC、GaN所代表的第三代半导体在市场上的广泛应用，由于其在耐压、频率、以及耐热性上的独特优势，使其具有远超于传统硅的电源功率密度，以及更低的损耗，因此迅速成为新能源车上的宠儿。电动汽车主要功率部件，包括逆变器、变频器以及OBC等都已经或正在尝试采用第三代半导体。

    PI将SiC集成至开关电源中，则开启了SiC在汽车市场中的新纪元。PI资深技术培训经理阎金光表示，该SiC MOSFET的1700V耐压可以适应现在及将来所有高母线电压的电动汽车应急电源设计。

    电动汽车由于其动力系统、控制系统、电池管理系统等均是由电来驱动的，因此其对于失效有着更严格的要求，包括ISO26262等均要求汽车配备应急电源系统，以便在传统12V蓄电瓶供电系统发生故障时，应急电源可以对汽车控制系统及驱动系统等器件供电。

    PI资深技术培训经理阎金光表示，传统分立方案一套应急电源大概需要100多个器件，而采用PI的方案后，元器件数量可以降低一半，从而简化设计，降低占板面积、缩减BOM，可大幅提高电源的功率密度和可靠性，此外，还可以缓解元器件数目多所面临的采购挑战。

    InnoSwitch3-AQ解析

    如图所示，InnoSwitch3-AQ集成了包括1700V SiC高压开关、QR/CCM反激控制器、同步整流以及加强绝缘反馈电路FluxLink（很高支持5000V高压），从而单芯片实现了次级侧检测和控制。而传统的应急电源设计，由于光耦器的低可靠性，很多设计者往往采用初级稳压方案的设计，其jing度受负载条件以外围元件公差的影响很大。这样就需要在输出端增加另外yi级DC-DC稳压，这不但会增加系统元件数目，还会影响整体系统效率。PI的次级稳压方案可以实现更jing确的电压输出，进而节省成本，提升效率。

    产品及系统优势

    具体到优势，阎金光从产品本身优势和系统优势两方面给予了解析。

    产品具有支持30V-1200V宽电压输入，同步整流实现

    而通过一系列高集成及优异特性，实现了系统级的优势。

    首先，是其次级侧检测实现高jing度输出，无需后极LDO或DC/DC即可实现稳定供电，并减少输出电容，且可同时支持多路输出。

    其次，集成FluxLink磁耦技术，可取代传统光耦隔离通信。

    此外，阎金光表示，与此前集成750V的InnoSwitch3-AQ相比，新方案无需外置StackFET分压，即可实现对于高压电池系统的支持。

    Power Integrations汽车业务发展总监Peter Vaughan表示：“800V电池正在成为电动汽车的标准配置。多个车辆系统连接到这个强大的电源，但精巧的电子控制电路只需要几伏电压即可进行工作和通信。使用InnoSwitch器件的电路可以使用很小的电路板面积，安全地从主母线上汲取少许能量供控制电路使用，而不会造成能量的浪费。”

    除了汽车应用之外，PI也将SiC集成至InnoSwitch3-EP产品中，适合有更高输入电压要求的工业电源应用，包括机器人、电焊机、三相电表和工业电机等。

    广泛的车用级产品组合

    除了1700V InnoSwitch3-AQ，以及上一代750V InnoSwitch3-AQ之外，PI还拥有其他汽车级芯片。包括非隔离反激式开关IC LinkSwitch-TN2Q系列，汽车专用二极管Qspeed以及SCALE-iDriver系列门极驱动器IC，满足电动汽车中的各类供电及功率变换应用。

    从高压MOSFET到GaN再到如今的SiC FET，作为此前专注于AC/DC的PI，正在将触角伸向包括电机驱动、新能源逆变器、电动汽车等更多市场，一方面增加了其市场机会，另外则是借助其在高压领域的知识，助力双碳政策的落地，从而践行公司一直以来对于节能减排的承诺。