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在汽車中一定要有應(yīng)急電源，為什么應(yīng)急電源如此重要？設(shè)想一下，如果你正在高速公路上駕車行駛上，不巧遇到緊急情況需要?jiǎng)x車，這時(shí)候電源電壓不足，事故在所難免，而如果有應(yīng)急電源，就能避免一場(chǎng)災(zāi)難。EPS 在輔助電池失效的情況下，為車輛安全轉(zhuǎn)向和減速提供動(dòng)力，保證系統(tǒng)安全可靠，PI 推出的最新產(chǎn)品 InnoSwitch3-AQ 系列就用在應(yīng)急電源中。
PI 資深技術(shù)培訓(xùn)經(jīng)理閻金光向與非網(wǎng)介紹，“PI 有兩個(gè)系列產(chǎn)品，其中 SiC?MOSFET 或 IGBT 門(mén)級(jí)驅(qū)動(dòng)用于驅(qū)動(dòng)，InnoSwitch3-AQ 用于應(yīng)急電源，InnoSwitch3-AQ 從高壓直流母線取電，輸入端電壓范圍是 300V~500V，輸出端電壓是 12V，為驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制和牽引控制器提供供電，在輸出電壓低至 30V 時(shí)，仍然能夠保證有足夠的功率給控制電路供電?！?/p>
FluxLink 耦合技術(shù)：高壓隔離的保障
在電動(dòng)汽車中，一般有很多電池組，其母線分為 400V 和 800V，現(xiàn)在采用 800V 居多，因?yàn)檫@樣可以提高效率，讓汽車更輕巧。既然采用 800V 母線電壓更具優(yōu)勢(shì)，為什么以前不選擇 800V？因?yàn)楦邏盒枰^緣，需要提供更可靠的保障。閻金光解釋，“InnoSwitch3-AQ 是一個(gè)反激電源，延續(xù)了 InnoSwitch3 的優(yōu)勢(shì)，在汽車應(yīng)用中，符合 AEC-Q100 標(biāo)準(zhǔn)，生產(chǎn)過(guò)程通過(guò) IATF16949 認(rèn)證?！?/p>
與 InnoSwitch3 原理不一樣，InnoSwitch3-AQ 有兩個(gè)控制器處理，如上圖，在初級(jí)和次級(jí)之間，采用了高速 FluxLink 耦合技術(shù)。FluxLink 技術(shù)可在無(wú)需專用隔離變壓器檢測(cè)繞組和光耦的情況下，實(shí)現(xiàn)±3%的高精度輸入電壓和負(fù)載綜合調(diào)整率。FluxLink 技術(shù)即使在瞬態(tài)應(yīng)力測(cè)試下也能保持輸出電壓穩(wěn)壓，這對(duì)于基于 PSR 的方案而言尤其具有挑戰(zhàn)性，InnoSwitch3-AQ 的故障率低于 0.02PPM。
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滿足汽車的降額要求
在典型應(yīng)用中，電壓會(huì)提供 80％的降額。所謂降額就是，當(dāng)額定電壓是 100V 時(shí)，在工程學(xué)上，用戶在任何情況下不能超過(guò)額定電壓的 80%，也就是要有 20%的余量。因?yàn)槠嚂?huì)涉及人身安全，所以在實(shí)際應(yīng)用中也會(huì)有降額要求。
InnoSwitch3-AQ 在 400V 母線中集成了 750 V MOSFET，片上同步整流控制器在標(biāo)稱 400 VDC 輸入電壓下可提供 90%以上的效率。優(yōu)化后的 InnoSwitch3-AQ 設(shè)計(jì)可在整個(gè)輸入電壓范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)小于 10 mW 的空載能耗。InnoSwitch3-AQ 系列 IC 采用表面貼裝式 InSOP 封裝，其初級(jí)至次級(jí)爬電距離為 11 mm，超過(guò)了高海拔（5000 米以上）絕緣的嚴(yán)格要求。
如果母線電壓達(dá)到 800V，內(nèi)部 MOSFET?750V 的耐壓顯然無(wú)法滿足要求。閻金光解釋，“我們?cè)诼┘?jí)與變壓器的連接端之間再串聯(lián)一個(gè) MOSFET，這樣不僅可以增加耐壓，滿足 800V 的耐壓要求，而且可以把熱量分散到不同的開(kāi)關(guān)中。
如圖所示，對(duì)于 550V 的母線，INN3977CQ 可以輕松滿足 80%的降級(jí)要求；對(duì)于 925V 的母線，INN3977CQ+StackFET 使用 650V?StackFET 時(shí)，降額大于 70%。在高溫環(huán)境應(yīng)用中，高效率降低了器件溫度，StackFET 在兩個(gè)功率開(kāi)關(guān)之間分擔(dān)散熱。
有人會(huì)問(wèn)，PI 為什么做了汽車應(yīng)急電源，而沒(méi)有做汽車常規(guī)使用的電源產(chǎn)品？是不是后者有一定難度？閻金光表示，“普通消費(fèi)類產(chǎn)品需要做汽車級(jí)認(rèn)證，其實(shí)很多公司都在做，我們是現(xiàn)在消費(fèi)類應(yīng)用中處于優(yōu)勢(shì)地位，再做成汽車級(jí)產(chǎn)品，具有有更大的優(yōu)勢(shì)，比如集成度很高，支持高環(huán)境溫度應(yīng)用?！?/p>
InnoSwitch3-AQ?的“Demo 秀“
如上圖，RDR-840Q 是一款基于 InnoSwitch3-AQ 的參考設(shè)計(jì)，它展示了這款電源在 30 VDC 至 550 VDC 輸入范圍內(nèi)的啟動(dòng)、關(guān)斷和高效工作，以及快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)和各種安全和保護(hù)功能。
閻金光介紹，“該參考方案的輸入范圍是 30V 至 550V 電壓，輸出是 12V。在輸出端可以采用同步整流，也可以用普通的二極管整流。如果使用普通的二極管整流，可以采用 PI 的 Qspeed 汽車級(jí)整流二極管。我們的 Qspeed 是類似于 SiC 特性的二極管，但成本要便宜很多，可見(jiàn)，二極管整流更具成本優(yōu)勢(shì)，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，可使汽車電源具有極少的元件數(shù)和極小的 PCB 面積。該器件在寬負(fù)載范圍內(nèi)具有一致的高效率性能，意味著它能輕松滿足汽車行業(yè)苛刻的散熱要求，F(xiàn)luxLink 技術(shù)可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的性能并且高度可靠?！遍惤鸸庾詈罂偨Y(jié)。
