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完美助力巴士、卡车及专用电动车的汽车级模块驱动器

admin
2022-05-20
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标签:汽车电子

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Power Integrations(PI)日前推出适用于Infineon EconoDUALTM模块的SCALETM EV系列栅极驱动板。PI资深技术培训经理阎金光(Jason Yan)详细解读了新产品的开发背景和特性及应用。

除了上述模块,新款驱动器同样适用于原装、仿制以及其他新的采用SiC的衍生模块,其应用范围包括电动汽车、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。

新产品开发背景

随着汽车技术的发展,汽车中电子系统也越来越多,对整车安全产生了潜在影响。为了避免由于电气电子系统故障或意外行为引起的危害而导致不合理风险,世界上各大电动汽车厂商都在努力保证功能安全,使电动汽车有更高的安全性和可靠性。

功能安全定义的是电气电子系统引起的伤害风险等级。ISO 26262功能安全标准要求汽车应用应该“不存在由于电气和电子系统的故障或意外行为引起的危害而导致的不合理风险”,例如,在动力传动系统发生故障时,车辆应该慢慢停下来,而不是突然锁死、制动使控制失灵;另外,动力转向现在故障时也不应该转向完全失效,车辆仍可以通过努力实现转向。

不过,ISO 26262并不是强制的要求,虽然如此,具有功能安全的电动汽车肯定安全性更高,更受消费者欢迎。ISO 26262还以汽车安全完整性等级(ASIL)定义了由汽车电子设备安全引起的风险分类,为的是保证系统强制故障以良性的方式发生。

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在紧急情况下,例如电动汽车在高速公路上遇到碰撞等紧急情况,或动力转向出现故障时,通常要通过主动放电保护技术人员、乘客和应急工作人员的安全。方法是将直流母线电容器电压放电至驱动系统中的安全电压(小于60V SELV(安全超低电压)),以防止直流总线工作在400-1200V潜在致命电压。这时需要进行有源泄放或主动短路进行主动放电,同时还要防止在此操作期间造成开关过热损坏。

SCALE EV的解决之道

SCALE EV板级栅极驱动器正是为了解决上述问题而开发的产品,是目前首款唯一通过汽车级认证的栅极驱动板。其内部集成了两个增强型栅极驱动通道、相关供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/D牵引逆变器设计。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。

阎金光指出,栅极驱动器设计对于电动汽车性能和可靠性都至关重要。推出的这款新产品已完成开发、测试和验证以及ASIL认证,这将大伏缩减客户的系统开发时间,降低相关成本。

据介绍,这款创新的驱动器IC具有非常高的集成度,可使整个驱动板(包括栅极电源)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。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。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,以满足功能安全要求。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。

SCALE EV板的接口连接简单可靠,双连接器支持功能安全要求,在正常工作期间,两个连接器分别接上管和下管驱动。在故障情况下,即使一个上管连接器断开,下管还可以继续工作,不会使整个半桥失去功能。

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SCALE EV栅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。经过汽车级认证的驱动器可以满足电动汽车生产厂家直接购买逆变器组装的需求,特别是满足800V,用户使用起来非常方便。

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、通过主动栅极控制实现过压限制,以及栅极监测、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。

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新产品的电气指标符合5500米海拔要求,还可以为客户提供三防漆服务选项,以满足技术上的洁净度要求。图中红色虚线内是低压部分。驱动板考虑了模块和模块之间的间距,可以保证给功率开关提供驱动信号的高压和低压绝缘特性。

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完善的客户支持服务

据介绍,SCALE EV方案目前的可用型号是2SP0215F2Q0C,适合通用EconoDUAL™ 模块,产品将于2022第四季度进入全面量产。为了配合产品推广,PI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驱动板调测软件。

PI还提供设计服务,如果客户有特殊模块,比如内部集成碳化硅的功率模块或其他型号的IGBT模块或SiC模块,也可以根据其特性对开关特性进行调整,例如针对其外形尺寸单独做一块驱动板,以满足客户的多样化需求。

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