PI汽车IC家族扩容，新IC适合电动汽车应用

随着汽车电气化，智能化的持续推进，汽车中的电子产品越来越多，在ISO26262标准当中，对道路车辆的功能安全做了严格要求，那就是在任何故障情况下，都要能够保证系统的安全可靠。
 
因此，汽车除了有主电源、辅助电池外，还必须要有应急电源（EPS），以保证在汽车辅助电池失效情况下，为车辆安全转向和减速提供动力。而且这个应急电源不仅要在高压电池轨电压下可以工作，也要保证在低压的30V主电压母线情况下，也能继续工作。

 
图1：应急电源在汽车中的位置及作用。
 

为了应对此情况，Power Integrations（简称PI）于近期推出了专门适合此应用的一款反激式开关芯片InnoSwitch3-AQ，该芯片支持400V或者800V的母线供电，输入电压范围为30V~400V，可以为驱动电机控制和牵引控制器提供供电。重要的是该芯片已经通过了AEC-Q100认证。
 
据Power Integrations资深技术经理阎金光(Jason Yan)介绍，InnoSwitch3-AQ非常适合电动汽车应用，如牵引逆变器、OBC（车载充电机）、EMS（能源管理DC/DC母线变换器）和BMS（电池管理系统）。它采用了PI的高速FluxLink耦合技术，可在无需专用隔离变压器检测绕组和光耦的情况下，实现±3%的高精度输入电压和负载综合调整率。FluxLink技术即使在瞬态应力测试下也能保持输出电压稳压，这对于基于PSR的方案而言尤其具有挑战性。

 
图2：InnoSwitch3-AQ主要特性。

 
该芯片还集成了750 V MOSFET可满足严格的汽车降额要求，片上同步整流控制器在标称400 VDC输入电压下可提供90%以上的效率。
 
他指出，优化后的InnoSwitch3-AQ设计可在整个输入电压范围内实现小于10 mW的空载能耗。InnoSwitch3-AQ系列IC采用表面贴装式InSOP封装，其初级至次级爬电距离为11 mm，超过了高海拔（5000米以上）绝缘的严格要求。
 
此外，阎金光还特意强调，InnoSwitch3-AQ经过了AEC-Q100标准认证，而且生产该芯片的晶圆厂和装配厂均已通过了IATF16949认证。值得一提的是，PI非常注重品质问题，InnoSwitch3-AQ的故障率小于0.02PPM。

 
图3：StackFET方法的优势介绍。

 
由于InnoSwitch3-AQ内部集成了750V MOSFET，因此可用于400V母线电压的应用，在典型应用中可以提供80%的降额。
 
阎金光还进一步指出，其实InnoSwitch3-AQ也适合800V的电压轨应用，不过需要选择StackFET模式来做。
 
他解释说，如图3所示，StackFET方法就是在初级测叠加另外一个MOSFET，串联后，电压就是串联的MOSFET的电压加上InnoSwitch3上的电压，这样就可以增加耐压了，也就是说能够很好地应对800V母线电压的需求。
 
阎金光还谈到了使用StackFET方法的另一个好处，那就是增加一个MOSFET后，还可以在器件之间分担散热。

 
图4：DER-840Q参考设计。

 
阎金光还介绍了PI的一个30W应急电源参考设计DER-840，该参考方案的输入范围是30VDC至550VDC，输出是12V。
 
“在输出端可以采用同步整流，也可以用普通的二极管整流。如果使用普通的二极管整流，可以采用PI的Qspeed汽车级整流二极管。我们的Qspeed是类似于SiC特性的二极管，但成本要便宜很多。”阎金光表示。
 
选择同步整流，还是二极管整流，主要还是看客户的需求，一般来说二极管整流更具成本优势，同步整流更加高效。

 
图5：DER-840Q在不同输入电压下的性能对比。

 
除了InnoSwitch3-AQ，PI还介绍了另外两款产品LinkSwitch-TN2Q和SCALE-iDriver，其中LinkSwitch-TN2Q适合于汽车隔离和非隔离电源。输入范围为60至550VDC；也通过了汽车级AEC-Q100认证；漏源间距大于3mm，满足2kV防静电要求；所需要的元件数量少。
 
SCALE-iDriver则是为汽车应用中的SiC MOSFET提供驱动的。该芯片峰值门极输出电流是±8A；短路时关断速度非常快，小于3微秒；开关频率最高可达150kHz；同样也通过了AEC-Q100认证。

 
图6：InnoSwitch3-AQ和LinkSwitch-TN2Q主要性能。

 
图7：PI汽车IC家族阵容。