在汽车中一定要有应急电源,为什么应急电源如此重要?设想一下,如果你正在高速公路上驾车行驶上,不巧遇到紧急情况需要刹车,这时候电源电压不足,事故在所难免,而如果有应急电源,就能避免一场灾难。EPS 在辅助电池失效的情况下,为车辆安全转向和减速提供动力,保证系统安全可靠,PI 推出的最新产品 InnoSwitch3-AQ 系列就用在应急电源中。

 

PI 资深技术培训经理阎金光向与非网介绍,“PI 有两个系列产品,其中 SiC MOSFETIGBT 门级驱动用于驱动,InnoSwitch3-AQ 用于应急电源,InnoSwitch3-AQ 从高压直流母线取电,输入端电压范围是 300V~500V,输出端电压是 12V,为驱动电机控制和牵引控制器提供供电,在输出电压低至 30V 时,仍然能够保证有足够的功率给控制电路供电。”

 

FluxLink 耦合技术:高压隔离的保障

 

 

在电动汽车中,一般有很多电池组,其母线分为 400V 和 800V,现在采用 800V 居多,因为这样可以提高效率,让汽车更轻巧。既然采用 800V 母线电压更具优势,为什么以前不选择 800V?因为高压需要绝缘,需要提供更可靠的保障。阎金光解释,“InnoSwitch3-AQ 是一个反激电源,延续了 InnoSwitch3 的优势,在汽车应用中,符合 AEC-Q100 标准,生产过程通过 IATF16949 认证。“

 

与 InnoSwitch3 原理不一样,InnoSwitch3-AQ 有两个控制器处理,如上图,在初级和次级之间,采用了高速 FluxLink 耦合技术。FluxLink 技术可在无需专用隔离变压器检测绕组和光耦的情况下,实现±3%的高精度输入电压和负载综合调整率。FluxLink 技术即使在瞬态应力测试下也能保持输出电压稳压,这对于基于 PSR 的方案而言尤其具有挑战性,InnoSwitch3-AQ 的故障率低于 0.02PPM。

 

满足汽车的降额要求

在典型应用中,电压会提供 80%的降额。所谓降额就是,当额定电压是 100V 时,在工程学上,用户在任何情况下不能超过额定电压的 80%,也就是要有 20%的余量。因为汽车会涉及人身安全,所以在实际应用中也会有降额要求。

 

InnoSwitch3-AQ 在 400V 母线中集成了 750 V MOSFET,片上同步整流控制器在标称 400 VDC 输入电压下可提供 90%以上的效率。优化后的 InnoSwitch3-AQ 设计可在整个输入电压范围内实现小于 10 mW 的空载能耗。InnoSwitch3-AQ 系列 IC 采用表面贴装式 InSOP 封装,其初级至次级爬电距离为 11 mm,超过了高海拔(5000 米以上)绝缘的严格要求。

 

如果母线电压达到 800V,内部 MOSFET 750V 的耐压显然无法满足要求。阎金光解释,“我们在漏级与变压器的连接端之间再串联一个 MOSFET,这样不仅可以增加耐压,满足 800V 的耐压要求,而且可以把热量分散到不同的开关中。

 

 

 

如图所示,对于 550V 的母线,INN3977CQ 可以轻松满足 80%的降级要求;对于 925V 的母线,INN3977CQ+StackFET 使用 650V StackFET 时,降额大于 70%。在高温环境应用中,高效率降低了器件温度,StackFET 在两个功率开关之间分担散热。

 

有人会问,PI 为什么做了汽车应急电源,而没有做汽车常规使用的电源产品?是不是后者有一定难度?阎金光表示,“普通消费类产品需要做汽车级认证,其实很多公司都在做,我们是现在消费类应用中处于优势地位,再做成汽车级产品,具有有更大的优势,比如集成度很高,支持高环境温度应用。”

 

InnoSwitch3-AQ 的“Demo 秀“

 

 

如上图,RDR-840Q 是一款基于 InnoSwitch3-AQ 的参考设计,它展示了这款电源在 30 VDC 至 550 VDC 输入范围内的启动、关断和高效工作,以及快速动态响应和各种安全和保护功能。

 

阎金光介绍,“该参考方案的输入范围是 30V 至 550V 电压,输出是 12V。在输出端可以采用同步整流,也可以用普通的二极管整流。如果使用普通的二极管整流,可以采用 PI 的 Qspeed 汽车级整流二极管。我们的 Qspeed 是类似于 SiC 特性的二极管,但成本要便宜很多,可见,二极管整流更具成本优势,同步整流更加高效。”

 

“InnoSwitch3-AQ 代表了反激式控制器的高水平集成度,可使汽车电源具有极少的元件数和极小的 PCB 面积。该器件在宽负载范围内具有一致的高效率性能,意味着它能轻松满足汽车行业苛刻的散热要求,FluxLink 技术可实现准确的性能并且高度可靠。”阎金光最后总结。