電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/莫婷婷）隨著傳統(tǒng)汽車向新能源汽車升級(jí)，與電源管理相關(guān)的應(yīng)用迎來(lái)全面升級(jí)，特別是汽車向 800V 高壓平臺(tái)推進(jìn)的過(guò)程中，對(duì)高壓轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)迎來(lái)了新的需求。為了解決上述需求，PI（Power Integrations）推出五款面向800V汽車應(yīng)用的全新參考設(shè)計(jì)，這些參考設(shè)計(jì)基于該公司的1700V InnoSwitch?3-AQ反激式開(kāi)關(guān)IC實(shí)現(xiàn)。

從12V到800V：解讀電動(dòng)汽車高壓化背后的電源革命難題

與新能源汽車相比，傳統(tǒng)燃油汽車跟電源管理相關(guān)應(yīng)用的電壓等級(jí)相對(duì)比較低的，例如乘用車上通常采用的12V低壓鉛酸電池。所以車上絕大部分的電源轉(zhuǎn)換都是基于12V的低壓電子電氣架構(gòu)。

但在進(jìn)入新能源汽車時(shí)代后，電子電氣架構(gòu)轉(zhuǎn)向400V、800V高壓平臺(tái)，又如比亞迪發(fā)布了兆瓦閃充電池，最高充電電壓1000V，華為等企業(yè)也在跟進(jìn)相關(guān)技術(shù)。PI資深FAE王曉戈指出要實(shí)現(xiàn)這樣的快速充電，電池包的母線需要達(dá)到更高的電壓，就對(duì)高壓轉(zhuǎn)低壓的DC/DC變換器性能提出了更高要求，這也對(duì)電源設(shè)計(jì)帶來(lái)了更多挑戰(zhàn)。

PI專注于高效、高可靠性電源解決方案的研發(fā)與創(chuàng)新，其DC/DC變換器在汽車領(lǐng)域可以用到應(yīng)急電源、牽引逆變器柵極驅(qū)動(dòng)器電源、BMS、OBC、12V待機(jī)電源、μDC/DC變換器、動(dòng)力轉(zhuǎn)向等不同的應(yīng)用領(lǐng)域，可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)DC/DC控制器架構(gòu)不能實(shí)現(xiàn)的性能特點(diǎn)，由此滿足車上不同的供電需求。


在與客戶交流的過(guò)程中，PI發(fā)現(xiàn)針對(duì)高壓平臺(tái)客戶正在尋求更加集成化、高效化和智能化的電源解決方案，不少客戶對(duì)于電源提出了新的需求。

例如應(yīng)急電源的新需求，12V電池是低壓母線的主要供電來(lái)源，但在一些特殊情況下，12V電池電壓會(huì)驟降甚至完全掉電，引發(fā)整車控制系統(tǒng)關(guān)鍵功能失效，此時(shí)需要有應(yīng)急電源可以及時(shí)做補(bǔ)充，保障緊急停車轉(zhuǎn)向、制動(dòng)、車身穩(wěn)定控制等關(guān)鍵系統(tǒng)的正常工作。這就可以通過(guò)高壓電池配合DC/DC，將高壓直流電轉(zhuǎn)換為12V低壓直流電持續(xù)供電，提升整車的可靠性和安全性。

動(dòng)力轉(zhuǎn)向方面也有新的需求，特別是在主動(dòng)懸架系統(tǒng)等應(yīng)用中，為了滿足系統(tǒng)的大電流需求，需要把傳統(tǒng)的24V、48V供電切換到高壓供電，實(shí)現(xiàn)小體積且更高功率輸出供電架構(gòu)。

PI關(guān)注到一個(gè)新的概念正在行業(yè)內(nèi)被反復(fù)提起：μDC/DC變換器。它的特征在于，在原有12V電池供電系統(tǒng)中，引入一種高度集成、體積小巧且高效的電源模塊，可以取代部分甚至全部的12V電池供電系統(tǒng)。這一技術(shù)的提出，標(biāo)志著汽車低壓供電架構(gòu)正在經(jīng)歷一次重要的革新。

王曉戈提到，“這個(gè)概念得到了越來(lái)越多客戶的認(rèn)可，我們有很多基于μDC/DC架構(gòu)的應(yīng)用案例已經(jīng)進(jìn)入實(shí)車設(shè)計(jì)階段”?？梢云诖?，隨著越來(lái)越多領(lǐng)先的汽車制造商將這項(xiàng)技術(shù)集成到下一代車型中，未來(lái)搭載μDC/DC變換器架構(gòu)的車型也將逐一量產(chǎn)。

在汽車動(dòng)力系統(tǒng)升級(jí)的過(guò)程中，最不能忽視還有集成化。當(dāng)前有越來(lái)越多新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈上的企業(yè)投入創(chuàng)新架構(gòu)的研發(fā)，例如為了適配新能源汽車800V平臺(tái)應(yīng)用，不少企業(yè)推出了嵌入式功率模塊，將原本獨(dú)立封裝的主功率模塊嵌入PCB基板中，這種高度集成的設(shè)計(jì)方式在減少系統(tǒng)整體體積的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了更高的轉(zhuǎn)換效率和更穩(wěn)定的運(yùn)行表現(xiàn)。這一種技術(shù)演進(jìn)也對(duì)配套輔助電源系統(tǒng)提出新的要求，其對(duì)應(yīng)的電源供電方案要在更小的尺寸空間里提供滿足功能需要的供電需求。王曉戈指出。


PI創(chuàng)新平面變壓器方案，實(shí)現(xiàn)超薄設(shè)計(jì)靈活性
PI是如何以創(chuàng)新電源方案應(yīng)對(duì)電動(dòng)汽車電子電氣架構(gòu)升級(jí)的痛點(diǎn)呢？

在2024年9月，PI正式發(fā)布了在800V新能源汽車架構(gòu)中廣受歡迎的1700V InnoSwitch3-AQ反激式開(kāi)關(guān)IC產(chǎn)品系列新的InSOP-28封裝，采用1700V碳化硅（SiC）開(kāi)關(guān)技術(shù)，無(wú)需使用光耦器，且提供了更高的電壓余量（200-300V）。

InnoSwitch3-AQ系列采用了多種技術(shù)，具備明顯的效率優(yōu)勢(shì)，一是內(nèi)置同步整流控制器，還采用了PI獨(dú)有的Fluxlink?通信；二是寬禁帶初級(jí)開(kāi)關(guān)，即使在高VDC下也能保持低開(kāi)關(guān)損耗；三是提供了高效率變頻開(kāi)關(guān)控制方法；四是集成連續(xù)可變的初級(jí)電流限流點(diǎn)，降低導(dǎo)通損耗。基于上述技術(shù)，InnoSwitch3-AQ系列在所有輸入電壓和負(fù)載下均提供一致的高效率，且可提供超過(guò)91%的滿載效率。

值得一提的是，PI還優(yōu)化了InnoSwitch3-AQ系列的封裝，采用InSOP-28封裝。王曉戈介紹，InSOP-28封裝增加了高壓引腳與低壓引腳之間的間距（爬電距離），將初級(jí)側(cè)間距增加至5.1mm，滿足污染等級(jí)2的安規(guī)需求。


此次發(fā)布的五款參考設(shè)計(jì)正是基于InnoSwitch3-AQ反激式開(kāi)關(guān)IC推出，分別為：

RDK-994Q — 35W超薄型牽引逆變器門極驅(qū)動(dòng)或應(yīng)急電源，輸入電壓為40-1000VDC、輸出電壓為24V；
RDK-1039Q — 采用平面變壓器的18W電源，用于牽引逆變器門極驅(qū)動(dòng)器或應(yīng)急電源；
RDK-1054Q — 采用平面變壓器的120W電源，設(shè)計(jì)用于縮小或消除笨重的12V電池；
DER-1030Q — 20W四路輸出電源，其中一路輸出為24.75V的應(yīng)急電源(EPS)，三路輸出為25.5V的門極驅(qū)動(dòng)電源；
DER-1045Q — 16W四路輸出電源，其中一路為14V應(yīng)急電源(EPS)輸出，三路分別有+18V/-5V輸出電壓的門極驅(qū)動(dòng)輸出。



王曉戈強(qiáng)調(diào)，PI推出的參考設(shè)計(jì)都是根據(jù)客戶反饋以及市場(chǎng)需求進(jìn)行定義，有些甚至是基于實(shí)際量產(chǎn)車案例，PI將它作為一個(gè)典型的應(yīng)用方案讓更多的客戶參考。

其中，RDK-1039Q和RDK-1054Q是PI針對(duì)平面變壓器的應(yīng)用而開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)超扁平設(shè)計(jì)，支持1000V電壓，具有加強(qiáng)絕緣功能。

當(dāng)前已有不少采用48V架構(gòu)的新能源汽車設(shè)計(jì)大量地采用了平面變壓器的架構(gòu)做主功率電源，這是因?yàn)槠矫孀儔浩鞯哪軌驅(qū)崿F(xiàn)超小的體積，RDK-1054Q的板高為14.6mm，RDK-1039Q的板高降低至12.5mm；且平面變壓器重心更低、抗沖擊、抗振動(dòng)性能較好，相較傳統(tǒng)的繞線變壓器的一致性會(huì)更好。PI上述產(chǎn)品的推出解決客戶對(duì)板高的需求痛點(diǎn)，特別是逆變器領(lǐng)域?qū)拐駝?dòng)等性能的需求。

圖：RDK-1039Q：采用平面變壓器的超薄應(yīng)急電源

王曉戈表示，InnoSwitch3-AQ系列和新參考設(shè)計(jì)支持多種應(yīng)用場(chǎng)景，且客戶無(wú)需對(duì)平臺(tái)進(jìn)行較大的改動(dòng)，就能快速升級(jí)到全新的性能。他分享，這也是基于InnoSwitch3-AQ系列帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)，“我們針對(duì)pin腳的腳位做了一些微調(diào)，雖然pin腳總數(shù)增多了，但功能完全保留到跟原來(lái)一樣，方便客戶在原有的項(xiàng)目基礎(chǔ)上把它移植到新的平臺(tái)。”



小結(jié)：
InnoSwitch3-AQ系列可將電源的 BOM 元件數(shù)量減少多達(dá) 50%；基于這款高集成度 IC 的五款參考設(shè)計(jì)，憑借創(chuàng)新的碳化硅技術(shù)和高效能架構(gòu)，有效應(yīng)對(duì)800V高壓電動(dòng)汽車電源系統(tǒng)的升級(jí)挑戰(zhàn)。通過(guò)采用平面變壓器實(shí)現(xiàn)超薄、高集成度設(shè)計(jì)，滿足客戶對(duì)空間、重量與可靠性的嚴(yán)苛要求。

可以看到，PI此次推出的800V高壓解決方案以靈活的平臺(tái)適配能力和量產(chǎn)級(jí)參考設(shè)計(jì)，助力車企快速實(shí)現(xiàn)技術(shù)迭代。