针对工业和400V系统汽车电源，PI推出新款PowiGaN InnoSwitch-3器件

（文/程文智）近日，Power Integrations（简称：PI）宣布推出900V氮化镓(GaN)器件，为InnoSwitch3系列反激式开关IC再添新品。新IC采用了PI特有的PowiGaN技术，可提供高达100W的功率，效率超过93%，因而无需散热片，并可简化空间受限型应用的电源设计。
 
InnoSwitch3设计还具有出色的轻载效率，非常适合在低功耗睡眠模式下为电动汽车提供辅助电源。符合AEC-Q100标准的InnoSwitch3-AQ产品系列特别适用于基于400V母线系统的电动汽车，而900V PowiGaN开关对于进行12V电池替代的系统可提供更大的功率和更高的设计裕量，并且效率高于硅基变换器。

据PI产品技术培训经理Jason Yan介绍，此次PI推出的新款PowiGaN产品包括900V InnoSwitch3-EP和InnoSwitch3-AQ两个类别。其中InnoSwitch3-EP主要针对工业领域类应用，比如家电、三相电机和服务器中的辅助电源等应用，而且新的900V器件与现有的725V和750V InnoSwitch3-EP器件引脚相兼容，并提供更高的安全裕量，非常适合市电电压不稳的国家和地区；InnoSwitch3-AQ则主要应用于汽车当中。

值得一提的是，新款900V InnoSwitch3-EP和InnoSwitch3-AQ恒压/恒流离线反激式开关IC采用同步整流、波谷开通的非连续导通模式(DCM)和连续导通模式(CCM)的反激式控制器。FluxLink™通信技术可使IC封装位于安规隔离带上，从而提高效率并省去光耦器。PowiGaN技术使InnoSwitch3-EP IC能够在没有散热片的情况下提供高达100W（230VAC±15%条件下）的功率。InnoSwitch3-EP器件集成了多项保护特性，包括输入过压及欠压保护、输出过压及过流限制以及过温关断。该系列器件提供标准输出功率和峰值输出功率选项。汽车级InnoSwitch3-AQ器件可以从400V母线提供100W的输出功率，并且具备与800V电动汽车系统所用的广受欢迎的1700V碳化硅InnoSwitch3-AQ IC类似的性能和保护功能。 

12V铅酸电池或被取消，InnoSwitch3-AQ可简化汽车功率架构

在传统燃油汽车当中，一般都会有一个12V的铅酸电池来给汽车当中的风扇、娱乐系统、照明、转向助力、车窗、泵，以及安全与通信系统等提供电源。即便到了现在的电动汽车当中，大部分的电动汽车也仍然有一个铅酸电池存在。
 
使用12V铅酸电池的电动汽车内的功率架构如下图所示，电流从AC充电口进来后，会进入集成的充电控制单元中，该单元包括AFE前端与DC/DC转换模块，也就是说集成的充电控制单元主要就是车载充电器，加上APU（辅助供电单元）。
 
从DC/DC高压出来后，一部分电流会进入高压功率配电模组（PDM），给高压电池进行充电，或者给A/C压缩机和客舱加热的功能模块供电；另一部分会进入APU，然后给12V铅酸电池充电。
 
在高压电池组，即电动汽车的动力电池内部，会有BMS来负责高压电池的管理、ECU、保险丝、Pyro、接触器等，以实现在汽车发生故障的时候，让动力电池与其他电路断开，防止在撞车，或者汽车发生故障的时候，高压对人身安全产生危险。

 
高压电池则会连接逆变器，将直流转换成交流，以驱动电机运转。高压电池除了连接逆变器，还会配备一个EPS（应急电源系统），保证在故障情况下，能实现逆变器驱动、保护电路的安全控制。毕竟有些情况下，如果供电电源不够的画，应急电源就会接入，给驱动和保护电路提供电力。
 
在Jason看来，此时的应急电源可以采用PI的InnoSwitch3-AQ，大概60W左右的电源就能满足需求了。
 
Jason指出，在12V铅酸电池主要用来给汽车中的低压部分来进行供电，其最大的功率来自于转向助力，可能会达到1.5kW~4kW。
 
这就是目前比较主流的汽车功率架构，但现在有一种趋势，那就是将这个12V的铅酸电池去掉，或者是将12V的电池体积缩小。12V电池的消除有利于减小车辆重量、节省空间、降低成本，以及降低维护要求（铅酸电池的充放电次数一般在300次，用完需要更换）。

那么该如何去掉呢？Jason解释说，“实际上，我们通常会用高压的直流母线电池直接跟APU来相通，所以原来12V电池的地方会有一个APU。此时，我们会用到InnoSwitch3-AQ的一个电源，这个电源会达到100W，同时会有一个待机电源，它的输出功率是在60到100W。”
 
也就是说会有两个APU，而且是并联的，原因是转向助力的时候会有峰值功率要求，用两个APU可以实现冗余。采用这样的方式就可以去掉12V铅酸电池了。
 
当然，也有另外一个趋势，那就是既然转向助力是有峰值功率要求的，有些车企就考虑不用12V给它供电，二是用高压来进行供电。目前有些欧洲车企已经在往这个方面发展了。这样就能将很大一部分原来低压负载的功率转移到了高压负载里面去了，从而可以降低对APU的要求。

同时，Jason还介绍了一款基于InnoSwitch3-AQ的100W汽车用EPS解决方案。据他介绍，该解决方案非常之矮，可以做到超薄，而且是极低的元件数目，只需要80个元件。其输入电压范围也很宽泛，为30~500V直流输入，可输出13.6V/6.5A。
 
更为关键的是，该解决方案能在负载范围内维持高效，比如在50%以上负载时，就可以做到大于93%的效率；在大于10%负载时，可以做到超过85%的效率。而传统解决方案在大于10%负载时，效率也就做到70%左右。