针对800V纯电动车，PI推出五款参考设计

Power Integrations（以下简称PI）资深FAE王晓戈坦言，PI进入汽车市场并没有太久，但公司的产品在国内无论是传统车厂还是新势力，都获得了大量应用和高度认可。
 
在王晓戈看来，之所以能取得这样的成绩，一方面固然得益于公司本身在高压功率变换技术方面的积累；另一方面，现在新能源汽车对于高压DC/DC变换需求的增加，让PI如虎添翼。
 
他指出，其实在传统的燃油汽车上已经有大量的电源相关应用，但这些方案的电压要求都较低。进入到新能源汽车时代，汽车的高压已成为常态。尤其是在需要实现越来远快速的充电以后，电池包的母线就需要达到更高的电压（现在可能已经到了1000伏的水平）。在这样的基础上，我们就需要更好的高压转低压的电源控制，以实现汽车上不同区域的电源供电需求。
 

 
从上图可以看到，在逆变器应用中，PI的产品可应用于应急电源、牵引逆变器、μDC/DC变换器、12V系统待机电源、OBC\BMS和牵引逆变器栅极驱动器电源等。“
 
与此同时，行业还要求把逆变器的尺寸做得更小，成本更低，并把复杂性做得更低。这进而给PI这类电源方案商提出了同样的要求。”王晓戈接着说。此外，新能源汽车对功能安全的冗余有了越来越高的需求，他们不但要求系统在主电源故障时仍能维持如紧急制动和转向控制关键功能，还需要供应商设计冗余的电源架构。
 
在这种场景下，PI过去多年积累的经验和技术得以一展所长。日前，PI更是基于公司的1700V InnoSwitch™3-AQ反激式开关IC，推出了五款面向800V汽车应用的全新参考设计。
 

 
资料显示，InnoSwitch3-AQ系列是PI面向汽车应用推出的一系列IC，在应用中可大幅简化反激式电源变换器的设计和生产，特别是那些要求具有高效率和/或小尺寸的电源。InnoSwitch3-AQ产品系列将初级和次级控制器以及符合绝缘耐压标准的反馈机制集成到了单个IC中，即使在宽输入电压范围内，也可以实现精确的输出电压调整。
 
本次推出的五个方案中使用的InnoSwitch3-AQ IC则集成了1700V碳化硅(SiC)开关，是800V汽车平台的理想解决方案，可在提高整体系统性能和可靠性的同时，简化生产制造过程。”
 
PI介绍说，Power Integrations的1700V额定耐压的SiC恒压/恒流InnoSwitch3-AQ开关电源IC可提供高达120W的输出功率。这款高集成度IC可将电源的BOM元件数量减少多达50%，从而节省空间、增强系统可靠性并缓解元器件采购所面临的挑战。该器件可以在漏极电压低至30V的情况下启动，无需外部启动电路，这对功能安全至关重要。其他保护功能包括输入欠压保护、输出过压保护和过流限制。空载功耗小于15mW。该IC还采用了同步整流、波谷开通的断续/连续导通模式(DCM/CCM)反激控制器，可提供超过91%的效率。
 

 
王晓戈总结说，首先，InnoSwitch3-AQ首先一个高集成度的芯片，不光实现了一个完整的变频反激设计，还内置了一个同步整流控制器。避开了分立方案下还需要一个单独同步整流带来的高成本和设计复杂性；其次，使用一个我们称之为Fluxlin的通信技术，可以实现高压侧和低压侧的同步，这样能让开发者在一边获得最优的主功率的同时，还能实现更好的同步整流控制；最后，我们在这个开关IC上采用的是1700V的SiC器件，能实现很高的频率，这也是值得一提的亮点。
 
“我们的这个高集成度方案把功率管、驱动和主控都集成到一个封装里面，能实现最小的杂感和更多其他的优势，这就让其性能可以优化得最好。”王晓戈强调。
 
至于这五个解决方案，按照王晓戈所说，这是公司基于客户真实需求而推出的。他表示，如下图所示，这些方案都拥有一些共同的特征，例如元件数量少、无需使用光耦器、在所有输入电压和负载下均提供一致的高效率，且具备超薄的inSOP-28封装。值得一提的是，该封装可在初级侧施加1000VDC的高压，同时能够在2级污染的环境当中在引脚之间提供适当的爬电距离和电气间隙。
 

 
关于这几个方案的具体参数，如上图所示，包括以下几款：
 
RDK-994Q — 35W超薄型牵引逆变器门极驱动或应急电源，输入电压为40-1000VDC、输出电压为24V；
RDK-1039Q — 采用平面变压器的18W电源，用于牵引逆变器门极驱动器或应急电源；
RDK-1054Q — 采用平面变压器的120W电源，设计用于缩小或消除笨重的12V电池；
DER-1030Q — 20W四路输出电源，其中一路输出为24.75V的应急电源(EPS)，三路输出为25.5V的门极驱动电源；
DER-1045Q — 16W四路输出电源，其中一路为14V应急电源(EPS)输出，三路分别有+18V/-5V输出电压的门极驱动输出。
 
从上面的介绍可以看到，PI这次推出的几个方案涵盖16W至120W的功率水平，采用绕线式变压器或扁平的平面变压器，适用于汽车应用中的DC-DC母线变换、逆变器应急电源、电池管理和辅助系统电源等场景。
 
当中，平面变压器更是让客户在开发中，有了更好的选择。
 
据了解，平面变压器作为高频变压器的一种，相比于传统绕线式变压器，具有高度更低、散热性能较强、产品一致性较好、更易于集成等优点。PI也指出，在实际应用中，平面变压器有助于实现薄型反激式电源。
 
“我们提供了包括设计规格、电路原理图、PCB布局、物料清单(BOM)、变压器设计、性能数据、波形和Gerber文件的全面参考设计支持，进一步降低了开发者的开发门槛。”王晓戈最后说。