混合動(dòng)力汽車(chē)挑戰(zhàn)電源芯片與功率器件

　　由于鋰離子電池對(duì)過(guò)度充電和深度放電非常敏感，在這些情況下它們都有可能燃燒或爆炸。Atmel公司的次級(jí)保護(hù)器件ATA6871提供了一種特殊的安全策略，監(jiān)控電池單元的電壓和溫度，防止鋰離子電池發(fā)生熱失控或爆炸。一旦電池單元發(fā)生上述其中一項(xiàng)異常情況，便會(huì)通過(guò)緊急繼動(dòng)裝置予以關(guān)斷。ATA6871帶有無(wú)需外部微控制器或軟件就能夠運(yùn)行的內(nèi)建自我測(cè)試程序，以及由硬件實(shí)現(xiàn)的監(jiān)控閾值，能夠提供安全級(jí)別最高的鋰離子電池監(jiān)控功能。即使初級(jí)器件被損壞，也可以確保正常的運(yùn)作。

　　對(duì)鋰電池組安全的群體性擔(dān)憂，促使業(yè)界研發(fā)更為精密安全的電池檢測(cè)管理芯片，汽車(chē)半導(dǎo)體廠商不斷地推出新的電池管理和功率解決方案，力圖在確保安全的前提下延長(zhǎng)電池的壽命，并降低成本、體積和重量。

　　挑戰(zhàn)二：掃除高壓電氣系統(tǒng)的障礙

　　HEV設(shè)計(jì)的另一個(gè)挑戰(zhàn)是高電壓。傳統(tǒng)轎車(chē)使用的是12V的電源系統(tǒng)，而輕度、全面及插電式HEV卻需要600V到1,200V之間的高電壓電子系統(tǒng)，這使設(shè)計(jì)更具挑戰(zhàn)性。

　　“HEV最重要的革命性改變是動(dòng)力系統(tǒng)的電氣化，它要求大動(dòng)力的電動(dòng)引擎，并且必須在比標(biāo)準(zhǔn)12V內(nèi)燃引擎推動(dòng)的汽車(chē)更高的電壓下運(yùn)行。另外，HEV的電池和能源管理是基于12V和一個(gè)數(shù)百伏的高電壓電池的雙電網(wǎng)，以及對(duì)汽車(chē)領(lǐng)域來(lái)說(shuō)屬于嶄新設(shè)計(jì)的DC/DC轉(zhuǎn)換器和功率管理方案。”國(guó)際整流器公司(IR)汽車(chē)產(chǎn)品副總裁及總經(jīng)理Henning M. Hauenstein博士指出：

　　HEV的汽車(chē)結(jié)構(gòu)需要使用高電壓。因此，功率管理IC必須承受典型600V的電壓水平，在一些大馬力的HEV型號(hào)中更可能要承受高達(dá)1,200V的電壓。IR有為輕型混合動(dòng)力汽車(chē)提供先進(jìn)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)解決方案，而那些在10-15kW范圍的動(dòng)力系統(tǒng)電機(jī)，通常會(huì)使用擁有600V能力的產(chǎn)品。至于全混合動(dòng)力和插電式混合動(dòng)力汽車(chē)，以及那些電機(jī)高達(dá)，甚至超出100kW的電動(dòng)汽車(chē)，IR有高達(dá)1,200V的開(kāi)關(guān)和驅(qū)動(dòng)IC供應(yīng)。

　　相關(guān)的功率IC除了需要高達(dá)600V到1,200V的高電壓能力外，也需要驅(qū)動(dòng)逆變器和DC/DC轉(zhuǎn)換器中前所未見(jiàn)的電流密度的開(kāi)關(guān)。功率IC要面對(duì)這樣的高功率、高電壓以及高能源，就要以堅(jiān)固耐用、可靠性和安全作為主要的條件。Hauenstein博士表示，“IR非常重視電機(jī)驅(qū)動(dòng)IC的保護(hù)功能，例如它們?cè)贖EV牽引電機(jī)出現(xiàn)嚴(yán)重故障和短路時(shí)，免除了微型控制器的互動(dòng)需要。我們是業(yè)界率先為負(fù)電壓尖峰免疫性引入安全操作區(qū)指標(biāo)的公司，因?yàn)檫@個(gè)問(wèn)題在HEV逆變器中，開(kāi)關(guān)高電流、高電壓IGBT時(shí)十分常見(jiàn)。”

　　IGBT位于逆變器中，為混合系統(tǒng)的電機(jī)提供能量。英飛凌IGBT技術(shù)可為HEV動(dòng)力系統(tǒng)帶來(lái)諸多優(yōu)勢(shì)。溝槽場(chǎng)終止技術(shù)可降低傳導(dǎo)損耗和開(kāi)關(guān)損耗，同時(shí)可使尺寸縮小30%。英飛凌結(jié)合溝道場(chǎng)終止IGBT(絕緣柵雙極晶體管)技術(shù)和Emcon二極管技術(shù)進(jìn)行開(kāi)發(fā)的HybridPACK1功率模塊用于輕度混合動(dòng)力汽車(chē);HybridPACK2則完全混合動(dòng)力汽車(chē)應(yīng)用。

　　幾年前，汽車(chē)中的功率器件大多數(shù)都是55V到60V的MOSFET，主要用于汽車(chē)的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)?，F(xiàn)在的汽車(chē)則采用20V到600V的功率器件。對(duì)于動(dòng)力轉(zhuǎn)向及制動(dòng)這類應(yīng)用，開(kāi)發(fā)工程師正在尋找具有低導(dǎo)通阻抗的高性能低壓溝道型MOSFET，以降低汽車(chē)的功耗。

　　IR由體積最小的HEV，也就是所謂微型混合動(dòng)力汽車(chē)開(kāi)始，為它們的啟動(dòng)/停止功能提供極為耐用的MOSFET。啟動(dòng)/停止功能讓汽車(chē)在交通燈前停車(chē)或者下山時(shí)自動(dòng)停止內(nèi)燃引擎操作，而相關(guān)的制動(dòng)能量便可以補(bǔ)充給電池。頻繁的引擎發(fā)動(dòng)，使起動(dòng)器或者集成式起動(dòng)發(fā)電機(jī)要求非常耐用的功率管理方案，這是因?yàn)楫?dāng)你以車(chē)匙發(fā)動(dòng)汽車(chē)時(shí)，普通的起動(dòng)器只會(huì)發(fā)動(dòng)引擎一次，但集成式起動(dòng)發(fā)電機(jī)則要在頻繁的啟動(dòng)/停止周期中應(yīng)付高得多的功率。IR的AUIRS2003S是一款高功率MOSFET驅(qū)動(dòng)器，并備有高、低側(cè)參考輸出通道，適用于惡劣的汽車(chē)環(huán)境及引擎罩下的應(yīng)用。這款輸出驅(qū)動(dòng)器具有高脈沖電流緩沖級(jí)，可將驅(qū)動(dòng)器跨導(dǎo)降至最低，而浮動(dòng)通道可在最高200V的高側(cè)配置中驅(qū)動(dòng)一個(gè)N溝道功率MOSFET。該器件還提供低靜態(tài)電流，可為高側(cè)電路帶來(lái)低成本自舉電源。