隨著汽車電氣化，智能化的持續(xù)推進(jìn)，汽車中的電子產(chǎn)品越來越多，在ISO26262標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)中，對道路車輛的功能安全做了嚴(yán)格要求，那就是在任何故障情況下，都要能夠保證系統(tǒng)的安全可靠。

因此，汽車除了有主電源、輔助電池外，還必須要有應(yīng)急電源（EPS），以保證在汽車輔助電池失效情況下，為車輛安全轉(zhuǎn)向和減速提供動力。而且這個應(yīng)急電源不僅要在高壓電池軌電壓下可以工作，也要保證在低壓的30V主電壓母線情況下，也能繼續(xù)工作。

圖1：應(yīng)急電源在汽車中的位置及作用。

為了應(yīng)對此情況，Power Integrations（簡稱PI）于近期推出了專門適合此應(yīng)用的一款反激式開關(guān)芯片InnoSwitch3-AQ，該芯片支持400V或者800V的母線供電，輸入電壓范圍為30V~400V，可以為驅(qū)動電機(jī)控制和牽引控制器提供供電。重要的是該芯片已經(jīng)通過了AEC-Q100認(rèn)證。

據(jù)Power Integrations資深技術(shù)經(jīng)理閻金光(Jason Yan)介紹，InnoSwitch3-AQ非常適合電動汽車應(yīng)用，如牽引逆變器、OBC（車載充電機(jī)）、EMS（能源管理DC/DC母線變換器）和BMS（電池管理系統(tǒng)）。它采用了PI的高速FluxLink耦合技術(shù)，可在無需專用隔離變壓器檢測繞組和光耦的情況下，實(shí)現(xiàn)±3%的高精度輸入電壓和負(fù)載綜合調(diào)整率。FluxLink技術(shù)即使在瞬態(tài)應(yīng)力測試下也能保持輸出電壓穩(wěn)壓，這對于基于PSR的方案而言尤其具有挑戰(zhàn)性。

圖2：InnoSwitch3-AQ主要特性。

該芯片還集成了750 V MOSFET可滿足嚴(yán)格的汽車降額要求，片上同步整流控制器在標(biāo)稱400 VDC輸入電壓下可提供90%以上的效率。

他指出，優(yōu)化后的InnoSwitch3-AQ設(shè)計(jì)可在整個輸入電壓范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)小于10 mW的空載能耗。InnoSwitch3-AQ系列IC采用表面貼裝式InSOP封裝，其初級至次級爬電距離為11 mm，超過了高海拔（5000米以上）絕緣的嚴(yán)格要求。

此外，閻金光還特意強(qiáng)調(diào)，InnoSwitch3-AQ經(jīng)過了AEC-Q100標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證，而且生產(chǎn)該芯片的晶圓廠和裝配廠均已通過了IATF16949認(rèn)證。值得一提的是，PI非常注重品質(zhì)問題，InnoSwitch3-AQ的故障率小于0.02PPM。

圖3：StackFET方法的優(yōu)勢介紹。

由于InnoSwitch3-AQ內(nèi)部集成了750V MOSFET，因此可用于400V母線電壓的應(yīng)用，在典型應(yīng)用中可以提供80%的降額。

閻金光還進(jìn)一步指出，其實(shí)InnoSwitch3-AQ也適合800V的電壓軌應(yīng)用，不過需要選擇StackFET模式來做。

他解釋說，如圖3所示，StackFET方法就是在初級測疊加另外一個MOSFET，串聯(lián)后，電壓就是串聯(lián)的MOSFET的電壓加上InnoSwitch3上的電壓，這樣就可以增加耐壓了，也就是說能夠很好地應(yīng)對800V母線電壓的需求。

閻金光還談到了使用StackFET方法的另一個好處，那就是增加一個MOSFET后，還可以在器件之間分擔(dān)散熱。

圖4：DER-840Q參考設(shè)計(jì)。

閻金光還介紹了PI的一個30W應(yīng)急電源參考設(shè)計(jì)DER-840，該參考方案的輸入范圍是30VDC至550VDC，輸出是12V。

“在輸出端可以采用同步整流，也可以用普通的二極管整流。如果使用普通的二極管整流，可以采用PI的Qspeed汽車級整流二極管。我們的Qspeed是類似于SiC特性的二極管，但成本要便宜很多?！遍惤鸸獗硎?。

選擇同步整流，還是二極管整流，主要還是看客戶的需求，一般來說二極管整流更具成本優(yōu)勢，同步整流更加高效。

圖5：DER-840Q在不同輸入電壓下的性能對比。

除了InnoSwitch3-AQ，PI還介紹了另外兩款產(chǎn)品LinkSwitch-TN2Q和SCALE-iDriver，其中LinkSwitch-TN2Q適合于汽車隔離和非隔離電源。輸入范圍為60至550VDC；也通過了汽車級AEC-Q100認(rèn)證；漏源間距大于3mm，滿足2kV防靜電要求；所需要的元件數(shù)量少。

SCALE-iDriver則是為汽車應(yīng)用中的SiC MOSFET提供驅(qū)動的。該芯片峰值門極輸出電流是±8A；短路時(shí)關(guān)斷速度非常快，小于3微秒；開關(guān)頻率最高可達(dá)150kHz；同樣也通過了AEC-Q100認(rèn)證。

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

圖7：PI汽車IC家族陣容。