告別里程焦慮！TI全新SiC柵極驅(qū)動(dòng)器可將續(xù)航延長(zhǎng)1600公里/年

說(shuō)起電動(dòng)汽車的缺陷，可能人們首先想到的就是“行駛里程”問(wèn)題。因?yàn)樵谡囋O(shè)計(jì)方面，電動(dòng)汽車的行駛里程往往是影響用車體驗(yàn)的重要因素，同時(shí)也是所有廠商最為頭疼的一大難題。

作為全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體解決方案供應(yīng)商，德州儀器（TI）自然也注意到了這個(gè)問(wèn)題。此前，TI已先后向客戶提供了包括驅(qū)動(dòng)芯片、MCU、輔助供電、隔離電壓電流采樣等在內(nèi)的多種提高行駛里程的解決方案。如今，為了進(jìn)一步提升整個(gè)系統(tǒng)的可靠性，TI又發(fā)布了一款高集成度的功能安全合規(guī)型隔離式柵極驅(qū)動(dòng)器——UCC5880-Q1，旨在利用高壓半導(dǎo)體技術(shù)，更大限度地延長(zhǎng)汽車行駛里程。

為了讓大家搶先了解這款產(chǎn)品，德州儀器混動(dòng)汽車/電動(dòng)汽車部門總經(jīng)理吳萬(wàn)邦（Mark Ng）和德州儀器中國(guó)汽車半導(dǎo)體事業(yè)部技術(shù)支持經(jīng)理郭津（Johnny Guo）在新品發(fā)布會(huì)上對(duì)其進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。

據(jù)了解，TI在半導(dǎo)體創(chuàng)新領(lǐng)域確立了四大目標(biāo)：一是幫助用戶更大限度地延長(zhǎng)汽車行駛里程；二是幫助客戶改進(jìn)電動(dòng)汽車的充電性能和效率；三是通過(guò)半導(dǎo)體技術(shù)的創(chuàng)新和更迭，讓電動(dòng)汽車變得更加經(jīng)濟(jì)實(shí)惠；四是致力于幫助客戶設(shè)計(jì)安全可靠的電動(dòng)汽車。

然而，在進(jìn)行電動(dòng)汽車高壓電源與電驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)時(shí)，往往客戶也有四大目標(biāo)：一是希望設(shè)計(jì)出更高效的牽引逆變器；二是需要提高功率密度，在輸出相同功率的情況下減小體積，或是在相同體積的情況下輸出更大功率；三是需要設(shè)計(jì)出高可靠性的系統(tǒng)，因?yàn)闋恳孀兤骱蛣?dòng)力相關(guān)，安全可靠非常重要；四是需要降低系統(tǒng)復(fù)雜度，使用更少的元器件設(shè)計(jì)出相同功能的系統(tǒng)。

此次TI推出的柵極驅(qū)動(dòng)器UCC5880-Q1，則可以很好地滿足以上四個(gè)需求。

TI指出，隨著電動(dòng)汽車日益普及，牽引逆變器系統(tǒng)的半導(dǎo)體創(chuàng)新技術(shù)，有助于克服某些阻礙其廣泛普及的關(guān)鍵技術(shù)障礙。

“使用UCC5880-Q1的可調(diào)驅(qū)動(dòng)技術(shù)，設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)工況提高牽引逆變器的整體效率；而產(chǎn)品的高集成度，還可以幫助客戶降低設(shè)計(jì)復(fù)雜度，并提高系統(tǒng)功率密度。同時(shí)，我們的芯片也是符合功能安全ASIL-D設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的，所以系統(tǒng)的可靠性就實(shí)現(xiàn)了很大的提升?！眳侨f(wàn)邦介紹說(shuō)。

對(duì)于設(shè)計(jì)人員，牽引逆變器不僅需要有更大的功率，還需要實(shí)現(xiàn)安全、可靠和高效。但目前市面上，大部分牽引逆變器的運(yùn)行效率已經(jīng)達(dá)到了90%，甚至更高。因此，繼續(xù)優(yōu)化、實(shí)現(xiàn)效率提升，將顯得格外困難。與此同時(shí)，更高壓的設(shè)計(jì)需求和新半導(dǎo)體器件的使用，也會(huì)帶來(lái)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)更迭和散熱限制等挑戰(zhàn)。然而，使用TI的器件優(yōu)化系統(tǒng)后，牽引逆變器的運(yùn)行效率則可以得到明顯提升。

吳萬(wàn)邦強(qiáng)調(diào)，TI不只提供芯片級(jí)解決方案，還提供整套系統(tǒng)解決方案。

針對(duì)牽引逆變器趨勢(shì)，TI面向整個(gè)系統(tǒng)，在技術(shù)、設(shè)計(jì)、封裝和測(cè)試方面均進(jìn)行了引領(lǐng)市場(chǎng)的創(chuàng)新型IP開(kāi)發(fā)。在整個(gè)牽引逆變器系統(tǒng)中，除了隔離式柵極驅(qū)動(dòng)器，還包括ASIL-D的MCU、C2000? 實(shí)時(shí)控制器、反激式控制器（可以充當(dāng)系統(tǒng)的輔助供電）。而針對(duì)分布式輔電等未來(lái)趨勢(shì)，TI還有全集成式的輔助供電模塊、隔離電壓/電流檢測(cè)采樣、隔離電源檢測(cè)等。

另外，除了此次發(fā)布的隔離式柵極驅(qū)動(dòng)器UCC5880-Q1，TI還跟Wolfspeed共同開(kāi)發(fā)了300kW牽引逆變器參考設(shè)計(jì)，將UCC5880-Q1和Wolfspeed的SiC模塊搭配使用，可以完成整體測(cè)試與認(rèn)證。

據(jù)官方介紹，UCC5880-Q1可以解決復(fù)雜的高電壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)：一方面，基于SPI的器件集成了實(shí)時(shí)可變柵極驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度、先進(jìn)的SiC監(jiān)控和保護(hù)，以及功能安全診斷；另一方面就是符合ISO26262標(biāo)準(zhǔn)，該器件可以支持設(shè)計(jì)人員構(gòu)建更安全、更高效、更可靠的SiC和IGBT牽引逆變器。

具體來(lái)說(shuō)，UCC5880-Q1具有SPI通信接口以及集成的監(jiān)控和保護(hù)功能，可以有效降低設(shè)計(jì)復(fù)雜性、減少外部元器件成本。工程師可以使用SiC EV牽引逆變器參考設(shè)計(jì)，進(jìn)一步簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)并快速設(shè)計(jì)出一套更高效的牽引逆變器系統(tǒng)原型。

與此同時(shí)，在柵極驅(qū)動(dòng)器UCC5880-Q1中，TI還設(shè)計(jì)了可實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)柵極驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度的功能，通過(guò)以20A到5A的幅度實(shí)時(shí)改變柵極驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度，設(shè)計(jì)人員可以使用UCC5880-Q1更大限度地減少SiC開(kāi)關(guān)功率損耗，將系統(tǒng)效率提高多達(dá)2%，從而將每次電動(dòng)汽車充電后的行駛里程延長(zhǎng)多達(dá)11公里。若以此計(jì)算，對(duì)于每周為車輛充電三次的電動(dòng)汽車用戶來(lái)說(shuō)，年行駛里程可延長(zhǎng)1,600多公里。

對(duì)于TI來(lái)說(shuō)，可調(diào)驅(qū)動(dòng)功能在其高電壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的重要性不言而喻，因?yàn)镾iC可以實(shí)現(xiàn)更高的開(kāi)關(guān)速度。從系統(tǒng)效率的角度來(lái)說(shuō)，開(kāi)關(guān)速度越快，開(kāi)關(guān)損耗就越低，而效率也就越高；從系統(tǒng)可靠性的角度來(lái)說(shuō)，開(kāi)關(guān)速度越快，則可能導(dǎo)致更大的電壓過(guò)沖，進(jìn)而影響到模塊的可靠性。而TI提供的可調(diào)驅(qū)動(dòng)功能，可以讓用戶在開(kāi)關(guān)速度和電壓過(guò)沖之間實(shí)現(xiàn)平衡。

事實(shí)上，這些年TI除了注重產(chǎn)品研發(fā)與系統(tǒng)設(shè)計(jì)，其在高壓電源技術(shù)的投資方面也是頗有收獲。

我們都知道，在電動(dòng)汽車中，高電壓技術(shù)不只應(yīng)用在牽引逆變器中，還會(huì)用于車載充電器OBC和高壓轉(zhuǎn)低壓的DC/DC中。而該技術(shù)主要涵蓋于氮化鎵、隔離式柵極驅(qū)動(dòng)器，以及搭配使用的輔助供電方案和C2000實(shí)時(shí)控制器四類產(chǎn)品中。

TI在高壓技術(shù)領(lǐng)域有三個(gè)目標(biāo)：一是通過(guò)半導(dǎo)體器件的創(chuàng)新，幫助用戶更大限度地減少開(kāi)關(guān)損耗；二是通過(guò)小體積設(shè)計(jì)，包括簡(jiǎn)化外圍器件，幫助用戶提高功率密度；三是通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新，更大限度地提高功率管的開(kāi)關(guān)速度，并增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度。

為此，TI借助先進(jìn)的高壓技術(shù)和芯片技術(shù)的創(chuàng)新，幫助用戶設(shè)計(jì)更加高效且更加可靠的牽引逆變器，從而延長(zhǎng)電動(dòng)汽車的行駛里程。

“我們的目標(biāo)是通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新，幫助用戶實(shí)現(xiàn)更高效率、更高可靠性和更高安全性的設(shè)計(jì)目標(biāo)；同時(shí)，通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新來(lái)降低方案成本，讓更多消費(fèi)者買到性價(jià)比更高的電動(dòng)汽車?！眳侨f(wàn)邦如是說(shuō)。

可以想象，在TI高電壓電源轉(zhuǎn)換技術(shù)的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)下，未來(lái)的電動(dòng)汽車將會(huì)跑得更遠(yuǎn)、更快、更安全。