安森美半導(dǎo)體助力電動(dòng)汽車(chē)充電樁市場(chǎng)發(fā)展并推動(dòng)創(chuàng)新
在國(guó)家環(huán)保政策的激勵(lì)下，電動(dòng)汽車(chē)正日益普及。中國(guó)是世界最大的汽車(chē)市場(chǎng)。據(jù)GoldmanSachs報(bào)道，2016年中國(guó)電動(dòng)汽車(chē)占全世界電動(dòng)汽車(chē)的45%,這一百分比到2030年可能升至60%。根據(jù)中國(guó)的“一車(chē)一樁”計(jì)劃，電動(dòng)汽車(chē)充電樁總數(shù)在2020年將達(dá)480萬(wàn)個(gè)，與現(xiàn)有的接近50萬(wàn)個(gè)相比，未來(lái)2年多內(nèi)將安裝430萬(wàn)個(gè)，其中將至少有200萬(wàn)個(gè)是大功率直流充電樁。安森美半導(dǎo)體是嶄露頭角的電動(dòng)汽車(chē)/混合動(dòng)力汽車(chē)半導(dǎo)體領(lǐng)袖，緊跟市場(chǎng)趨勢(shì)，提供全面的高性能方案，包括超級(jí)結(jié)SuperFET?IIIMOSFET、碳化硅(SiC)二極管、IGBT、隔離型門(mén)極驅(qū)動(dòng)器、電流檢測(cè)放大器、快恢復(fù)二極管，滿(mǎn)足電動(dòng)汽車(chē)充電樁市場(chǎng)需求并推動(dòng)創(chuàng)新。
電動(dòng)汽車(chē)充電樁基礎(chǔ)知識(shí)及市場(chǎng)趨勢(shì)
電動(dòng)汽車(chē)充電樁分為交流充電樁和直流充電樁。電網(wǎng)中的交流電通過(guò)交流充電樁直接給車(chē)載充電器(OBC)供電，OBC把AC轉(zhuǎn)換成DC，然后通過(guò)配電箱為車(chē)內(nèi)的動(dòng)力電池充電。直流充電樁則包含許多AC-DC電源模塊。
目前電動(dòng)汽車(chē)電池容量基本在20至90KWH，續(xù)航里程為200至500km，充電方式從3c到10c。續(xù)航里程是目前電動(dòng)汽車(chē)不及傳統(tǒng)燃油汽車(chē)受歡迎的一個(gè)原因，要想增加續(xù)航里程，需提升電池容量密度。另外，車(chē)主希望充電時(shí)間更短，快充技術(shù)的支持必不可少。充電樁的功率目前在60KW到90KW，未來(lái)將發(fā)展到150KW到240KW甚至更高以縮短充電時(shí)間。而電動(dòng)汽車(chē)電源模塊的功率目前在15KW、20KW、30KW，未來(lái)會(huì)發(fā)展到40KW、50KW、60KW甚至更高。從目前充電樁市場(chǎng)的狀況來(lái)看，有3大趨勢(shì)：寬范圍的恒定功率、寬范圍的輸出電壓、更高功率的模塊。
電動(dòng)汽車(chē)充電樁電源模塊框圖
典型的電動(dòng)汽車(chē)充電樁電源模塊框圖以及安森美半導(dǎo)體相應(yīng)的產(chǎn)品如圖1所示。
表1：650VSuperFET?IIIEasyDrive器件
????SuperFET?IIIMOSFET實(shí)現(xiàn)高功率密度
安森美半導(dǎo)體具有寬廣的超級(jí)結(jié)MOSFET(SuperFET)產(chǎn)品陣容，新一代SuperFET?III較SuperFET?II減小達(dá)40%的Rds(on)，在應(yīng)用于大功率應(yīng)用中可減小并聯(lián)FET數(shù)，實(shí)現(xiàn)更高功率密度。SuperFET?III有3種版本：FAST版本、EasyDrive版本和FRFET版本，分別針對(duì)不同的設(shè)計(jì)需求。
FAST版本用于硬開(kāi)關(guān)拓?fù)?，提供高能效和減小Qg和Eoss。EasyDrive版本用于硬/軟開(kāi)關(guān)，易驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)低EMI和電壓尖峰，優(yōu)化內(nèi)部Rg和電容。FRFET版本用于軟開(kāi)關(guān)拓?fù)?，更小的Qrr和Trr實(shí)現(xiàn)更高的系統(tǒng)可靠性。
表1：650VSuperFET?IIIEasyDrive器件
表2：650VSuperFET?IIIFRFET器件
?????SiC二極管具有卓越的強(qiáng)固性及競(jìng)爭(zhēng)性能
隨著充電樁功率的提升，由于SiC提供比硅更低的開(kāi)關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗，大多功率器件將轉(zhuǎn)向SiC二極管及FET。安森美半導(dǎo)體已推出650V和1200VSiC二極管，并即將發(fā)布1200VSiCMOSFET。其SiC二極管在寬溫度范圍具有比最好的競(jìng)爭(zhēng)器件更低的VF，雪崩能量大，浪涌電流額定值大，從而提供卓越的強(qiáng)固性。
表3：650VSiC二極管
表4：1200VSiC二極管
????各種不同IGBT系列涵蓋所有應(yīng)用
安森美半導(dǎo)體為推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)充電樁創(chuàng)新，推出第四代場(chǎng)截止(FS4)650VIGBT和超高速(UFS)1200VIGBT。FS4650VIGBT提供業(yè)界最低的飽和壓降VCE(sat)和最低的關(guān)斷損耗EOFF，UFS1200VIGBT擁有行業(yè)內(nèi)最低的開(kāi)關(guān)損耗Ets和VCE(sat)，各種不同系列涵蓋所有應(yīng)用，同類(lèi)最佳的性能提供出色的系統(tǒng)能效及可靠性。
隔離型門(mén)極驅(qū)動(dòng)器
目前在充電樁的設(shè)計(jì)中，數(shù)字芯片用得很多，數(shù)字芯片是低壓側(cè)，而功率部分是高壓側(cè)，兩者間需要有隔離并需帶有驅(qū)動(dòng)能力。
安森美半導(dǎo)體的高壓門(mén)極驅(qū)動(dòng)器具有比競(jìng)爭(zhēng)器件更低的開(kāi)通損耗Eon、關(guān)斷損耗Eoff、導(dǎo)通損耗Econ，或飽和壓降VCE(sat)，集成DESAT、米勒鉗位、欠壓鎖定、熱關(guān)斷等豐富的保護(hù)特性，且不同單體之間的脈寬失真和延遲變化很小，還提供靈活、高集成度、低成本等諸多優(yōu)勢(shì)。IGBT門(mén)極驅(qū)動(dòng)器在米勒平坦區(qū)提供大電流驅(qū)動(dòng)，同時(shí)提供最低的VOH/VOL。
除了高壓門(mén)極驅(qū)動(dòng)器，安森美半導(dǎo)體還提供一系列光隔離門(mén)極驅(qū)動(dòng)器和高速光隔離器，廣泛用于充電樁的信號(hào)傳輸電路中。
電流檢測(cè)放大器
電流檢測(cè)放大器主要用于充電樁的輸入輸出電流檢測(cè)及內(nèi)部拓?fù)涞碾娏鞑蓸?，提供有助于?shí)現(xiàn)系統(tǒng)中安全和診斷功能的關(guān)鍵信息。安森美半導(dǎo)體提供集成外部增益設(shè)置電阻的電流檢測(cè)放大器用于低壓電流檢測(cè)，如NCSx333零漂移運(yùn)算放大器提供高精度的方案，NCS200xx低功耗運(yùn)算放大器提供具性?xún)r(jià)比的方案。集成內(nèi)部增益設(shè)置電阻的NCS21x零漂移電流檢測(cè)放大器，提供高集成度、高精度和高能效優(yōu)勢(shì)。
快恢復(fù)二極管
快恢復(fù)二極管主要有UltraFastII、HyperFastII、StealthII二極管、FSIII二極管。UltraFastII具有低VF(<1.5V)，trr<100ns，用于電源輸出整流、汽車(chē)升壓器及適配器和顯示器。HyperFastII具有快速trr(<35ns)，用于PFC、續(xù)流二極管、光伏(PV)逆變器、不間斷電源(UPS)。StealthII二極管具有軟恢復(fù)的S因子，提供出色的EMI性能和更好的電壓尖峰，trr<30ns，用于PFC、PV逆變器及UPS。FSIII二極管具有軟恢復(fù)的S因子，trr<35ns，用于輸出整流、續(xù)流二極管、PV逆變器及UPS。
其它器件
此外，安森美半導(dǎo)體還提供各種IPM/SPM、功率集成模塊(PIM)、T6和T8MOSFET、PTNG100VMOSFET、有源鉗位反激控制器、多模PFC、LLC同步整流、電池管理系統(tǒng)ASSP、PLC方案等，并即將發(fā)布寬禁帶(WBG)驅(qū)動(dòng)器，推動(dòng)充電樁創(chuàng)新。
IPM/SPM與分立方案相比，在減少占板空間、提升系統(tǒng)可靠性、簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)和加速產(chǎn)品上市等方面都具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。隨著充電樁功率的提升，PIM將是發(fā)展趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)更高功率密度，先進(jìn)的封裝提供極佳散熱性。T640VMOSFET有業(yè)界最低的RDS(on)。PTNG100VMOSFET與競(jìng)爭(zhēng)器件有相似的RDS(on)，但減少50%的Qrr。有源鉗位反激控制器用于設(shè)計(jì)高能效、高功率密度的電源。WBG驅(qū)動(dòng)器可驅(qū)動(dòng)SiC或氮化鎵(GaN)。
總結(jié)
在政府政策的引導(dǎo)下，電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)蓬勃發(fā)展。隨著電動(dòng)汽車(chē)的數(shù)量增長(zhǎng)，充電樁的數(shù)量也隨之迅速增長(zhǎng)。安森美半導(dǎo)體是嶄露頭角的電動(dòng)汽車(chē)/混合動(dòng)力汽車(chē)半導(dǎo)體領(lǐng)袖，并憑借在功率器件和模塊領(lǐng)域的專(zhuān)知，提供SuperFET?IIIMOSFET、SiCdiode、IGBT、隔離型門(mén)極驅(qū)動(dòng)器、運(yùn)算放大器、快恢復(fù)二極管、IPM、PIM等廣泛的高性能產(chǎn)品，為充電樁的設(shè)計(jì)提供強(qiáng)有力支持，并持續(xù)開(kāi)發(fā)更高功率的方案，助力實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車(chē)更快充電、更長(zhǎng)的續(xù)航里程。
