新能源汽车恒流预充固态继电器解决方案

在新能源汽车领域，低压的继电器和保险已逐步被电力电子器件取代，机械电子化成为发展趋势。因为电子器件取代机械继电器，不仅大大提高了寿命，没有开关噪音，同时也降低了体积、重量和成本。本文将介绍一款瞻芯电子开发的新型固态预充继电器方案。

为何需要预充继电器电路？

在新能源汽车中，高压电池包与主逆变器相连，但两者的瞬时功率、电压和频率不同，因此主逆变器需要并联母线电容，起到缓冲和过滤作用。

在整车上电工作前，要先闭合电池包与后级电容之间的主继电器，若上电之前母线电容没有预充电，则继电器前后的电压差太大，那么在电路闭合瞬间，相当于电池短路而产生瞬间大电流，会导致继电器过热，导致继电器触头粘连，甚至引发安全事故。

因此主继电器必须并联一个预充电电路，为母线电容充电，来减小上电瞬间的冲击电流，也保护电池、主继电器、电容。

新型固态预充解决方案

瞻芯电子提出了一种新颖的高压预充方案，采用恒流控制的buck电路，可将后级母线电容快速充到电池电压。该方案采用碳化硅(SiC)MOSFET和碳化硅(SiC)SBD组成恒流充电回路，整个预充过程电流恒定，既降低了对于功率器件的要求，同时也大大提高了预充速度，而且不需要电阻，即可让后级电容充到母线电压。电气回路示意图如下：

如下是控制回路示意图，与传统继电器控制类似，只需要一组信号，同时提供驱动供电和控制信号，可以高频控制。而且，还能通过调整功率器件来增加或减小预充电流，满足不同的系统要求，充电效率高。

核心元件：

IV1Q12160T4：1200V 160mΩ SiC MOSFET

IV1D12010T2：1200V 10A SiC SBD

固态预充电时间测试

测试条件1：400V输入，2000uF电容；

充电时间：从0V到400V花费时间123mS；

测试条件2：600V输入，2000uF电容；

充电时间：从0V到600V花费时间167mS；

固态预充方案与传统方案对比

对比固态预充方案，传统预充方案（机械式的继电器+电阻）有诸多的缺陷，比如：体积大、响应开关慢、充电慢，由于采用RC充电时间问题，母线电容无法完全充到电池电压，所以对于主继电器还是有损伤的。

瞻芯电子固态预充方案在800V平台新能源汽车上，不仅性能优异，还能做到更低的系统成本，下表为800V平台上两种方案的对比：

瞻芯电子固态预充解决方案，对比传统预充方案，体积大幅降低70%以上，外形尺寸如下：

尺寸：长40mm 宽35mm 高20mm

低压PIN间距：5.08mm，高压PIN间距：10mm

小结与展望

瞻芯电子的固态预充方案因其诸多优点，得到了多个Teir1厂家的积极响应，不过电子方案若要大范围取代机械方案，还需建立和完善相关测试标准及行业规范。

总体上，机械电子化是很有前景和想象力的发展趋势，不仅可以用于新能源汽车，还可用于其它具有高压电池包的产品，如UPS、储能等。未来随着碳化硅(SiC)的普及和降本，我们希望未来采用碳化硅(SiC)MOSFET的方案可以替代主继电器。

关于瞻芯电子

上海瞻芯电子科技有限公司（简称“瞻芯电子”）是一家聚焦于碳化硅（SiC）半导体领域的高科技芯片公司，2017年成立于上海临港。公司致力于开发碳化硅功率器件和模块、驱动和控制芯片产品，并围绕碳化硅(SiC)应用，为客户提供一站式解决方案。

瞻芯电子是中国第一家自主开发并掌握6英寸SiC MOSFET产品以及工艺平台的公司，并建成了一座车规级SiC晶圆厂，标志着瞻芯电子顺利实现由Fabless迈向IDM的战略转型，进入中国领先SiC功率半导体公司行列。

瞻芯电子将持续创新，放眼世界，致力于打造中国领先、国际一流的碳化硅（SiC）功率半导体和芯片解决方案提供商。

产品概览

　　审核编辑：汤梓红