纳芯微电子的电机功率驱动与信号采样解决方案

近期，盖世汽车在上海举办「2022盖世汽车电驱动及关键技术优质供应商」授予仪式，为电驱动系统、驱动电机、电控系统、功率模块、OBC&DC/DC等细分领域的企业颁发「2022盖世汽车电驱动及关键技术优质供应商」证书，并收入「2022盖世汽车优质供应商推荐名录」。

综合考虑产品的技术含量、市场反响与企业的发展潜力，盖世汽车授予纳芯微电子“2022 OBC&DC/DC优质供应商”荣誉称号。

纳芯微电子技术市场经理方舟参加由盖世汽车主办的2022第三届汽车电驱动及关键技术大会，接受了盖世汽车的视频采访，并发表了主题演讲。

电动化趋势下，汽车半导体的搭载量提升了一倍，而智能化会促使这一数量呈现指数级增长的状态，这其中，相较于传感器和MCU，功率半导体的占比有更明显的提升：从21%提升至55%。因此，发展车规级功率半导体的全国产化方案，打破技术垄断无疑已成为迫切需求。

纳芯微电子的第三代驱动产品将适配800V平台，支持碳化硅的多管并联，实现200-300kW的峰值功率。

针对电驱和新能源总成，纳芯微有四大类产品，分别是传感器类、信号链、隔离与接口、电源与驱动。在未来，纳芯微会进一步加大在电驱上的应用，开发出专门针对第三代半导体和高性能高功率IGBT的整体驱动解决方案，这是纳芯微针对新能源总成的四大类产品类型，这些产品背后的技术基础源自于纳芯微2017年自研的隔离技术。

01 纳芯微电子的隔离核心技术    

纳芯微已经开发出了可以囊括所有电驱的全套高性能模拟芯片解决方案，纳芯微也是国内第一家能够提供车规级的全站解决方案的公司，特别是基于隔离方案的隔离驱动、电流采样和隔离采样。

新能源汽车主电驱解决方案

从上图可以看到，纳芯微所有隔离产品在结构内部都是一个多级隔离带的解决方案，在原副边用CMOS工艺，用CMOS BCD去开发一定的调理和解调电路。隔离带的两端用二氧化硅层，厚度大概是30微米，形成电容。由于电容天生就是隔直通交，所以需要信号去传输电容的时候，因而就会在发射端做一个调理电路，使用OOK的调制方式将电信号传输到负端。在后面同样会做一个二氧化硅层，也是形成了一个电容层，在产品的规格书上可以看到两端电容的容值，可以通过信号传输将高低电屏信号从原边传输到副边。

使用两层电容的好处是：任意原边或副边出现短路，这一短路的高压信号可以单独地从副边传输到原边，对人体和通信低压域不会造成任何损坏。

以上是实现隔离带的原理，接下来谈谈技术指标。一是隔离层介质，纳芯微选择二氧化硅，二氧化硅的耐压范围最高可达500伏每微米，而纳芯微的单电容隔离层厚度是30微米，完全可以承受1000伏以上的电压。

终端客户经常会问到芯片到底能承受多少的工作电压？这就需要引入一个特定的指标参数：输入和输出的可重复性工作电压，在出厂时，纳芯微都会去测试所有芯片的隔离耐压标准。

除了这些参数，另外一个问题就是：如何保证量产产品隔离带是否能够满足这些基本参数指标？

实际上，行业内有一个德国VDE 0884-11的认证指标，这一测试中有提到基于行业安全规范的TDDB数据分析。值得强调的是，一旦一款通过了TDBB测试，这意味着这一芯片的生命周期失效率小于1个PPM，如果芯片规格数写的是1000伏隔离电压，这一测试可以保证这颗芯片在37.5年持续承受高压的情况下，将失效率控制在百万分之一。

目前，我们的所有隔离芯片都可以提供VDE认证证书，是目前所有国产车规产品里面第一家，也是唯一一家拿到VDE证书的公司。

电容隔离安规标准

02 纳芯微电子的驱动技术    

以上介绍的主要是产品背后的核心隔离技术，回归到产品本身，第二个非常重要的底层技术就是驱动。

目前，纳芯微有两代隔离驱动产品，第一代是简单型隔离驱动，分为单管和双管，终端功率器件可以是IGBT和SiC，同时兼容电压型输入和电流型输入，也就是兼容传统光耦的驱动方案。

为了支持在数字电源和OBC领域里的高频开关，纳芯微将芯片输入输出的延迟、不同通道间的匹配都控制在100纳秒以下，可以支持100-200K赫兹斩波频率。峰值电流达到做到4-5A，支持到11千瓦到几十千瓦级别的产品。

2021年，纳芯微推出了ISO Smart Driver第二代，将峰值驱动电流提升到10A，并且这颗产品同时支持IGBT模块和碳化硅模块，可以让终端Tier 1将芯片应用到更广泛的场景中去。未来，将开发第三代产品，会支持800伏的高压平台，支持碳化硅的多管并联，支持更大的电驱功率，峰值功率达到200-300kW。

在保护功能上，第二代产品就已经将过饱软关断等保护集成在芯片内部，对下一代产品的功能安全有非常大的帮助。

03 纳芯微电子电流采样的相关产品    

电流采样产品也非常重要。如果从整个系统去看，电驱里面会包含母线电压的过压保护和监控，同时要使用磁传感器的方式检测电流。目前纳芯微是能够同时提供隔离运放的采样方式和磁电流采样方式的唯一一家国内供应商。

在磁电流检测这块，纳芯微提供两种方案，目前国内使用最多的还是用磁环方式：中间通过Busbar将电流导通到电机上，会加一个磁环，把所有磁场锁定在上面，通过对磁环上磁场的变化监测，去实现对电流的监测。另一个方案是：直接在Busbar上进行挖槽，做一个平面的磁场实现电流监测的。

采样这部分也是提供两代产品，第一代产品主要包含隔离型电压和隔离型电流的采样，在电压采样端，提供1311系列解决方案，可以通过检测单端电压，实现过压保护和母线电压监控的功能。

纳芯微电子的业务覆盖前端设计、车载晶圆的封装、可靠性测试、最终量产，各项环节都会严格按照车规级的要求进行设计、制作与测试，能够满足客户在全套流程中的各项要求。

编辑：黄飞