近日,PI(Power Integrations)面向电动汽车、混合动力和燃料电池汽车(包括巴士和卡车)以及建筑、采矿和农用设备的大功率汽车和牵引逆变器市场,推出了一款适用于Infineon EconoDUAL模块的SCALETM EV系列门极驱动板。


SCALE EV板级门极驱动器内部集成了两个增强型门极驱动通道、相关供电电源和监控遥测电路。新驱动板已通过汽车级认证和ASIL-B认证,可实现ASIL-C牵引逆变器设计,适用于ASIL-C/D系统应用。第一个发布的SCALE EV系列成员是2SP0215F2Q0C,专为EconoDUAL 900A 1200V IGBT半桥模块而设计。


 
图 | SCALE EV: 双通道门极驱动器,具有1200V的 加强绝缘强度及先进的故障汇报功能


那么问题来了,为什么采用获得ASIL-B认证的模块产品可以实现ASIL-C/D等级的系统设计呢?PI资深技术培训经理Jason Yan表示:“这是因为标准越高,冗余设计就越多,故障保护做得越全面,当然成本也就会相应地提高,这意味着我们可以通过整个系统的保护机制来提高系统的ASIL等级,而非单独取决于某个模块,所以有时候下面子系统只达到ASIL-B,但我们能设计出ASIL-C/D等级的系统。”


举个例子,如果我们做一个达到ASIL-A等级的板子,板子上有100个元器件,那么90%的元器件的单点故障失效都不会产生致命故障,但要达到ASIL-B/C/D的时候可能就要95%、97%、99%的元器件在出现单点故障失效的时候都不能产生致命失误。所以当要达到ASIL-D等级的时候,100个元器件中99个元器件的单点故障都不能出现致命故障的保护机制就要非常完善,当然成本就会非常高。为了降低成本,我们在系统评估的时候,对于ASIL-D要求下的子系统部件并非都要是ASIL-D等级的,我们可以通过其他途径,软件也好,硬件也好,只要保证ASIL-B子系统发生故障时不会直接反映到系统层面上来就行。所以说满足ASIL-B认证的模块产品SCALE EV可以完成ASIL-C/D系统的实现。


 
图 | 驱动器IC具有非常高的集成度


在这块版中,最能体现PI竞争力的就是这两颗驱动IC,它的集成度是很高的,可使整个驱动板(包括门极电源)的尺寸大小完全适合于功率模块,同时仍能提供符合IEC 60664标准的加强绝缘所需的间距。同时,该驱动IC采用ASIC封装,可提供11.4mm的爬电距离和电气间隙,安全满足800V汽车系统电压的要求。


 
图 | SCALE EV板的接口连接简单可靠


此外,系统微控制器的输入和输出线路通过两个独立的板载连接器连接,可以满足功能安全的要求。每个通道只需要一个独立的5V供电即可,电路板上会生成其他所需的隔离输出电压。


 
图 | SCALE EV板主动短路(ASC)模式支持功能安全要求


在耐压方面,SCALE EV门极驱动器产品系列具有1200V的额定耐压,适用于400V和800V系统,同时支持碳化硅(SiC) MOSFET和基于硅的IGBT开关。其设计符合5500米海拔要求,并且提供三防漆服务选项以满足技术上的洁净度要求。新产品在设计上优势明显,具备完善的保护措施,集成了主动短路、对所连接直流母线电容的主动放电、通过主动门极控制实现过压限制,以及门极监测、信号传输监测和芯片内温度监测等诊断功能,对于SiC MOSFET开关的短路和过流响应时间小于1微秒,而IGBT开关的短路和过流响应时间小于3微秒。


 
图 | 基于Infineon EconoDUALTM模块的2SP02152FQ


值得一提的是,2SP02152FQ的样品现已开始供货,2022年第四季度将全面量产。价格方面,100片用量的每片单价为200美元。同时,PI还将提供SCALE EV的相关技术支持资料,包括数据手册、压接工具的CAD设计文件、RDHP-2250Q接口板以及与其相配的PC版调测软件。此外,PI还将提供设计服务,可对其他特殊的IGBT或SiC芯片的开关性能进行调整,并根据新型模块的外形尺寸定制布局。


当然,基于Infineon EconoDUALTM模块的2SP02152FQ只是PI发布的第一款汽车级认证门极驱动板,后面如果有客户有需要,也可定制基于其他厂商的门极驱动板产品,届时将增加其他的产品型号。