在續(xù)航里程不斷內(nèi)卷的大背景下，技術(shù)升級(jí)也在圍繞著如何能夠延長(zhǎng)車輛續(xù)航里程而展開，相對(duì)電池和電機(jī)而言，牽引逆變器似乎對(duì)續(xù)航的影響并沒有到更多的收到重視，但是TI發(fā)現(xiàn)，通過在牽引逆變器和車載充電器中引入更高效的電力電子設(shè)備來減輕汽車重量，能夠顯著延長(zhǎng)行駛里程。而在延長(zhǎng)電動(dòng)汽車行駛里程關(guān)鍵創(chuàng)新上，TI 一直身處前沿位置。

德州儀器副總裁，高壓電源產(chǎn)品線總經(jīng)理Kannan Soundarapandian

創(chuàng)新組合，為里程續(xù)航再次添加燃料

TI給出的解決方案是由UCC5870-Q1（符合 ISO26262 的隔離式 SiC/IGBT 驅(qū)動(dòng)器）和 UCC14240-Q1（隔離式柵極驅(qū)動(dòng)器偏置）進(jìn)行的組合，其中柵極驅(qū)動(dòng)器集成了眾多功能并從板上消除了 20 多個(gè)分立元件。而UCC14240-Q1 將電源變壓器集成在高度小于 4 毫米的 SOIC 封裝內(nèi)，從而完全消除了笨重和嘈雜的電源變壓器。如此一來，大功率逆變器或車載充電器的 PCB 縮小了 2 倍，整個(gè)系統(tǒng)的尺寸和高度顯著縮小的同時(shí)提高了功率密度，降低了汽車的整體重量和制造成本，從而增加每次充電的行駛里程。

TI的UCC5870-Q1 隔離式柵極驅(qū)動(dòng)器采用了目前流行的SiC方案，可支持牽引逆變器最嚴(yán)格的 ASIL-D 安全級(jí)別。該驅(qū)動(dòng)器功能非常豐富，具有集成診斷功能，可在異常情況下快速檢測(cè)和保護(hù) SiC 功率器件。UCC5870-Q1 還會(huì)不斷測(cè)量、報(bào)告 SiC 器件在其生命周期內(nèi)的健康狀況，以便系統(tǒng)可以在 SiC 器件實(shí)際發(fā)生故障之前智能預(yù)測(cè)它們的剩余壽命。 該驅(qū)動(dòng)器具有非常高的隔離度和抗噪性，這使得 MCU 側(cè)的其余低功耗電路免受大功率磁性元件和功率器件產(chǎn)生的大電場(chǎng)的影響。

與傳統(tǒng)的 IGBT 相比，TI采用SiC 技術(shù)能夠顯著提高系統(tǒng)功率密度、效率并降低整體成本。其內(nèi)在原因有兩個(gè)，首先SiC 的開關(guān)頻率更高，需要更小的磁性元件，并且 SiC 的開關(guān)損耗更低使得散熱片更加小型化。與 IGBT 裸片相比，較小的 SiC 裸片效率更高，并且由于開關(guān)/傳導(dǎo)損耗較小，散發(fā)的熱量也更少，在熱方面的表現(xiàn)非常穩(wěn)健。這也是大功率牽引逆變器和充電樁都在采用 SiC 作為其高功率級(jí)的原因。

然而，因?yàn)槠嚩荚谳d客狀態(tài)下移動(dòng)，所以乘客安全至關(guān)重要。因此，牽引逆變器需要顯著提高 SiC 器件的安全性、可靠性、保護(hù)和壽命。TI 遵循了同樣的理念，在牽引逆變器系統(tǒng)中開發(fā)半導(dǎo)體組件時(shí)，將安全性作為重中之重。

性能卓越，設(shè)計(jì)全面

UCC5870-Q1和 UCC5871-Q1是符合 ISO26262標(biāo)準(zhǔn)的隔離式 SiC/IGBT 柵極驅(qū)動(dòng)器，采用接地方式構(gòu)建，通過顯著提高逆變器的功率密度、減小系統(tǒng)尺寸和成本并增強(qiáng)系統(tǒng)保護(hù)、可靠性和壽命來延長(zhǎng)電動(dòng)汽車的行駛里程。功能豐富的驅(qū)動(dòng)器和診斷集成將 PCB 面積減小了約2倍，同時(shí)消除了其他柵極驅(qū)動(dòng)器需要的20多個(gè)分立器件，以提供相同級(jí)別的性能和安全。這些驅(qū)動(dòng)器具有動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度變化功能，有助于在不同負(fù)載條件下優(yōu)化系統(tǒng)效率。

隨著系統(tǒng)效率的提高，電池需要更少的充電周期，從而延長(zhǎng)電池本身的壽命。業(yè)界先進(jìn)的隔離器件可提供最高級(jí)別的抗噪性能，從而在嘈雜環(huán)境中保護(hù)整個(gè)系統(tǒng)。該驅(qū)動(dòng)器具有高達(dá)30A 的驅(qū)動(dòng)電流，可在不修改功率級(jí)設(shè)計(jì)的情況下實(shí)現(xiàn)高達(dá)300kW 的逆變器設(shè)計(jì)可擴(kuò)展性。UCC5870/1-Q1還有助于預(yù)測(cè) SiC 功率器件的壽命，顯著提高乘客安全。 UCC5870/1-Q1中高度安全功能和自診斷集成可幫助客戶更輕松地在系統(tǒng)級(jí)別實(shí)現(xiàn) ASIL-D。這推動(dòng)了一個(gè)市場(chǎng)趨勢(shì)，也就是客戶采用更先進(jìn)的柵極驅(qū)動(dòng)器，實(shí)現(xiàn)更高效的系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)。

新能源風(fēng)頭正勁，市場(chǎng)發(fā)展?jié)摿V闊

新能源行業(yè)風(fēng)頭正勁，電動(dòng)汽車正是其中發(fā)展最快的賽道之一，通過SiC牽引逆變器技術(shù)的創(chuàng)新，完成了更全面的功率器件材料方面的革新，實(shí)現(xiàn)車輛整體續(xù)航的提升，可謂為行業(yè)另辟蹊徑，隨著新能源汽車市場(chǎng)份額的不斷擴(kuò)大，TI UCC5870/1-Q1也將在更多新能源汽車領(lǐng)域更多地出現(xiàn)。