告別里程焦慮!TI全新SiC柵極驅(qū)動器可將續(xù)航延長1600公里/年
說起電動汽車的缺陷,可能人們首先想到的就是“行駛里程”問題。因為在整車設(shè)計方面,電動汽車的行駛里程往往是影響用車體驗的重要因素,同時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問題。此前,TI已先后向客戶提供了包括驅(qū)動芯片、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,為了進一步提升整個系統(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)動器——UCC5880-Q1,旨在利用高壓半導(dǎo)體技術(shù),更大限度地延長汽車行駛里程。
為了讓大家搶先了解這款產(chǎn)品,德州儀器混動汽車/電動汽車部門總經(jīng)理吳萬邦(Mark Ng)和德州儀器中國汽車半導(dǎo)體事業(yè)部技術(shù)支持經(jīng)理郭津(Johnny Guo)在新品發(fā)布會上對其進行了詳細的介紹。
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汽車行駛里程;二是幫助客戶改進電動汽車的充電性能和效率;三是通過半導(dǎo)體技術(shù)的創(chuàng)新和更迭,讓電動汽車變得更加經(jīng)濟實惠;四是致力于幫助客戶設(shè)計安全可靠的電動汽車。
然而,在進行電動汽車高壓電源與電驅(qū)動設(shè)計時,往往客戶也有四大目標(biāo):一是希望設(shè)計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)計出高可靠性的系統(tǒng),因為牽引逆變器和動力相關(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)計出相同功能的系統(tǒng)。
此次TI推出的柵極驅(qū)動器UCC5880-Q1,則可以很好地滿足以上四個需求。
TI指出,隨著電動汽車日益普及,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)動技術(shù),設(shè)計人員可以根據(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)計復(fù)雜度,并提高系統(tǒng)功率密度。同時,我們的芯片也是符合功能安全ASIL-D設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的,所以系統(tǒng)的可靠性就實現(xiàn)了很大的提升。”吳萬邦介紹說。
對于設(shè)計人員,牽引逆變器不僅需要有更大的功率,還需要實現(xiàn)安全、可靠和高效。但目前市面上,大部分牽引逆變器的運行效率已經(jīng)達到了90%,甚至更高。因此,繼續(xù)優(yōu)化、實現(xiàn)效率提升,將顯得格外困難。與此同時,更高壓的設(shè)計需求和新半導(dǎo)體器件的使用,也會帶來產(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,牽引逆變器的運行效率則可以得到明顯提升。
吳萬邦強調(diào),TI不只提供芯片級解決方案,還提供整套系統(tǒng)解決方案。
針對牽引逆變器趨勢,TI面向整個系統(tǒng),在技術(shù)、設(shè)計、封裝和測試方面均進行了引領(lǐng)市場的創(chuàng)新型IP開發(fā)。在整個牽引逆變器系統(tǒng)中,除了隔離式柵極驅(qū)動器,還包括ASIL-D的MCU、C2000? 實時控制器、反激式控制器(可以充當(dāng)系統(tǒng)的輔助供電)。而針對分布式輔電等未來趨勢,TI還有全集成式的輔助供電模塊、隔離電壓/電流檢測采樣、隔離電源檢測等。
另外,除了此次發(fā)布的隔離式柵極驅(qū)動器UCC5880-Q1,TI還跟Wolfspeed共同開發(fā)了300kW牽引逆變器參考設(shè)計,將UCC5880-Q1和Wolfspeed的SiC模塊搭配使用,可以完成整體測試與認證。
據(jù)官方介紹,UCC5880-Q1可以解決復(fù)雜的高電壓系統(tǒng)設(shè)計挑戰(zhàn):一方面,基于SPI的器件集成了實時可變柵極驅(qū)動強度、先進的SiC監(jiān)控和保護,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。
具體來說,UCC5880-Q1具有SPI通信接口以及集成的監(jiān)控和保護功能,可以有效降低設(shè)計復(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,進一步簡化設(shè)計并快速設(shè)計出一套更高效的牽引逆變器系統(tǒng)原型。
與此同時,在柵極驅(qū)動器UCC5880-Q1中,TI還設(shè)計了可實時調(diào)節(jié)柵極驅(qū)動強度的功能,通過以20A到5A的幅度實時改變柵極驅(qū)動強度,設(shè)計人員可以使用UCC5880-Q1更大限度地減少SiC開關(guān)功率損耗,將系統(tǒng)效率提高多達2%,從而將每次電動汽車充電后的行駛里程延長多達11公里。若以此計算,對于每周為車輛充電三次的電動汽車用戶來說,年行駛里程可延長1,600多公里。
對于TI來說,可調(diào)驅(qū)動功能在其高電壓系統(tǒng)設(shè)計中的重要性不言而喻,因為SiC可以實現(xiàn)更高的開關(guān)速度。從系統(tǒng)效率的角度來說,開關(guān)速度越快,開關(guān)損耗就越低,而效率也就越高;從系統(tǒng)可靠性的角度來說,開關(guān)速度越快,則可能導(dǎo)致更大的電壓過沖,進而影響到模塊的可靠性。而TI提供的可調(diào)驅(qū)動功能,可以讓用戶在開關(guān)速度和電壓過沖之間實現(xiàn)平衡。
事實上,這些年TI除了注重產(chǎn)品研發(fā)與系統(tǒng)設(shè)計,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,在電動汽車中,高電壓技術(shù)不只應(yīng)用在牽引逆變器中,還會用于車載充電器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)動器,以及搭配使用的輔助供電方案和C2000實時控制器四類產(chǎn)品中。
TI在高壓技術(shù)領(lǐng)域有三個目標(biāo):一是通過半導(dǎo)體器件的創(chuàng)新,幫助用戶更大限度地減少開關(guān)損耗;二是通過小體積設(shè)計,包括簡化外圍器件,幫助用戶提高功率密度;三是通過技術(shù)創(chuàng)新,更大限度地提高功率管的開關(guān)速度,并增強驅(qū)動強度。
為此,TI借助先進的高壓技術(shù)和芯片技術(shù)的創(chuàng)新,幫助用戶設(shè)計更加高效且更加可靠的牽引逆變器,從而延長電動汽車的行駛里程。
“我們的目標(biāo)是通過技術(shù)創(chuàng)新,幫助用戶實現(xiàn)更高效率、更高可靠性和更高安全性的設(shè)計目標(biāo);同時,通過技術(shù)創(chuàng)新來降低方案成本,讓更多消費者買到性價比更高的電動汽車?!眳侨f邦如是說。
可以想象,在TI高電壓電源轉(zhuǎn)換技術(shù)的創(chuàng)新驅(qū)動下,未來的電動汽車將會跑得更遠、更快、更安全。