【導讀】muqianyouliangdayinsuyingxiangzhecheliangyunshuhebandaotijishudeweilai。xingyezhengzaiyongbaolingrenzhenfendexinfangfa，jiyiqingjiededianliqudongwomendeqiche
，tongshizhongxinshejizhichengdiandongqiche(EV)子係統的半導體材料
，以最大程度地提高功效比，進而增加電動汽車的行駛裏程。

政府監管機構繼續要求汽車OEM減(jian)少(shao)其(qi)車(che)係(xi)的(de)整(zheng)體(ti)二(er)氧(yang)化(hua)碳(tan)排(pai)放(fang)量(liang)
，對(dui)違(wei)規(gui)行(xing)為(wei)給(gei)予(yu)嚴(yan)厲(li)處(chu)罰(fa)，同(tong)時(shi)開(kai)始(shi)沿(yan)著(zhe)道(dao)路(lu)和(he)停(ting)車(che)區(qu)域(yu)增(zeng)設(she)電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)充(chong)電(dian)基(ji)礎(chu)設(she)施(shi)。但(dan)是(shi)
，盡(jin)管(guan)取(qu)得(de)了(le)這(zhe)些(xie)進(jin)展(zhan)
，主(zhu)流(liu)消(xiao)費(fei)者(zhe)仍(reng)然(ran)對(dui)電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)的(de)行(xing)駛(shi)裏(li)程(cheng)存(cun)有(you)疑(yi)慮(lv)

，使(shi)電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)的(de)推(tui)廣(guang)受(shou)到(dao)阻(zu)力(li)。

更複雜的是，大尺寸的電動汽車電池雖然可以增加其行駛裏程，緩解消費者關於行駛裏程的焦慮，但它會令電動汽車的價格上漲——電池成本在整車成本中的占比超過25%。

幸運的是，同時期的半導體技術革命催生了新的寬帶隙器件
，例如碳化矽(SiC) MOSFET功率開關

，使得消費者對電動汽車行駛裏程的期望與OEM在成本架構下實際可實現裏程之間的差距得以縮小。

Wolfspeed SiC功率器件領導者之一
，功率平台經理Anuj Narain表示
，"與現有的矽基技術相比，SiC MOSFET憑借其自身的優勢，被廣泛認為可以為標準電動汽車的駕駛周期增加5%至10%的續航裏程。"基ji於yu此ci，它ta們men是shi電dian動dong汽qi車che傳chuan動dong係xi統tong中zhong新xin一yi代dai牽qian引yin逆ni變bian器qi的de重zhong要yao組zu成cheng部bu分fen。如ru果guo與yu配pei套tao器qi件jian一yi起qi進jin行xing適shi當dang開kai發fa，其qi能neng效xiao提ti升sheng將jiang代dai表biao著zhe消xiao費fei者zhe對dui電dian動dong汽qi車che領ling域yu信xin心xin的de大da幅fu增zeng加jia
，並bing有you助zhu於yu加jia快kuai電dian動dong汽qi車che的de普pu及ji。

圖1. 電動汽車中的功率轉換部件。電機逆變器將高壓電池的直流電壓轉換成交流波形來驅動電機，驅動汽車前進。

充分利用SiC技術

眾所周知，基於SiC的功率開關本身在功率密度和效率方麵具有優勢，這對於係統散熱和減小器件尺寸都有重要意義。采用SiC有望使逆變器尺寸在800 V/250 kW時縮小3倍，如果配合使用直流環節薄膜電容，則能進一步減小尺寸和節省成本。與傳統的矽功率開關相比，SiC功率開關可以幫助實現更出色的行駛裏程和/或更小的電池尺寸
，使得開關成本在器件級別和係統級別都更具優勢。

圖2. 電池至電機信號鏈。為了增加行駛裏程

，每個模塊都應設計為可提供最高能效。

zaitongshikaolvxingshilichenghechengbenyinsushi，rengranxuyaoyidianjinibianqiweijiaodianbuduanchuangxin，zhizaijinyibutigaodiandongqichedexiaolvhexingshilicheng。zuoweidianjinibianqizhongjiagezuianggui、功能最重要的元件
，SiC功率開關需要接受精準控製

，以充分發揮額外的開關成本的價值。

圖3. 開啟（左）和關閉（右）時的電壓和電流波形。在SiC環境中
，dv/dt將超過10 V/ns，這意味著開關800 V直流電壓的時間不會超過80 ns。同樣

，di/dt為10 A/ns時


，意味著在80 ns內電流為800 A
，從中可以觀察到di/dt的變化。

事實上，SiC開關的所有固有優勢都會被共模噪聲幹擾，以及被管理不善的功率開關環境中的超快電壓和電流瞬變（dv/dt和di/dt）導致的極高和破壞性的電壓過衝影響。一般來說，拋開底層技術不談，SiC開關的功能相對簡單，它隻是一個3端器件
，但必須小心連接至係統。

關於柵極驅動器

gelishizhajiqudongqidezuoyongguanxidaogonglvkaiguandezuijiakaiguandian，quebaotongguogelizhashixianduanerzhunquedechuanboyanchi
，tongshitigongxitongheanquangeli，bimiangonglvkaiguanguore，jiancehefangzhiduanlu

，bingcushizaiASIL D係統中插入子模塊驅動/開關功能。

圖4. 隔離式柵極驅動器橋接了信號世界（控製單元）和功率世界（SiC開關）。除了隔離和信號驅動，該驅動器還執行遙測、保護和診斷功能，使其成為信號鏈的關鍵元件。

但是，SiC開關導致的高擺率瞬態會破壞跨越隔離柵的數據傳輸
，所以測量和了解對這些瞬變的敏感性至關重要。ADI專有的 iCoupler®技術具有出色的共模瞬變抗擾度(CMTI)，測量性能高達200 V/ns及以上。在安全操作環境中，這可以充分釋放SiC開關時間的潛力。

圖5. 20多年來，ADI一直走在數字隔離技術發展的前沿

，推出了iCoupler®數字隔離IC。該技術采用帶有厚聚酰亞胺絕緣層的變壓器。數字隔離器采用晶圓CMOS工藝。變壓器采用差分架構
，具有出色的共模瞬變抗擾度。

考慮到較小的裸片尺寸和嚴格的熱封裝，短路是基於SiC的電源開關的另一個主要挑戰。柵極驅動器為電動汽車傳動係統的可靠性
、安全性和生命周期優化提供了必要的短路保護。

在Wolfspeed等領先的SiC MOSFET功(gong)率(lv)開(kai)關(guan)提(ti)供(gong)商(shang)的(de)實(shi)際(ji)測(ce)試(shi)中(zhong)，高(gao)性(xing)能(neng)柵(zha)極(ji)驅(qu)動(dong)器(qi)已(yi)證(zheng)實(shi)了(le)自(zi)身(shen)的(de)價(jia)值(zhi)。對(dui)於(yu)關(guan)鍵(jian)參(can)數(shu)性(xing)能(neng)
，例(li)如(ru)短(duan)路(lu)檢(jian)測(ce)時(shi)間(jian)和(he)總(zong)故(gu)障(zhang)清(qing)除(chu)時(shi)間(jian)，可(ke)分(fen)別(bie)低(di)至(zhi)300 ns和800 ns。為了提高安全性和保護等級
，測試結果表明，可調的軟關斷能力對係統能否平穩運行至關重要。

同樣，可以最大程度提高開關能量和電磁兼容性(EMC)，以yi最zui大da限xian度du提ti高gao功gong率lv性xing能neng和he電dian動dong汽qi車che的de行xing駛shi裏li程cheng。驅qu動dong能neng力li更geng高gao時shi，用yong戶hu可ke以yi獲huo得de更geng快kuai的de邊bian緣yuan速su率lv

，從cong而er降jiang低di開kai關guan損sun耗hao。這zhe不bu僅jin有you助zhu於yu提ti高gao效xiao率lv
，而er且qie無wu需xu為wei每mei個ge柵zha極ji驅qu動dong器qi分fen配pei外wai部bu緩huan衝chong器qi，從cong而er節jie省sheng了le電dian路lu板ban空kong間jian和he成cheng本ben。相xiang反fan，在zai某mou些xie條tiao件jian下xia，係xi統tong可ke能neng需xu要yao降jiang低di開kai關guan速su度du來lai實shi現xian出chu色se的de效xiao率lv，甚shen至zhi需xu要yao分fen級ji開kai關guan，研yan究jiu表biao明ming以yi上shang可ke以yi進jin一yi步bu提ti高gao效xiao率lv。ADI提供可調壓擺率，允許用戶進行此操作
，去除外部緩衝器則進一步減少了阻礙。

係統要素

需要注意的是，柵極驅動器和SiC開關解決方案的綜合價值和性能可能完全被周圍組件的妥協和/或低效抵消。ADI在功率控製和傳感方麵的經驗和我們係統級的性能優化方法相結合

，可以涵蓋多種設計考量。

congzhengtijiaodulaikan
，diandongqichexianluleyouhuachuandongxitonggonglvxiaolvdeewaijihui，zheduiyuzaiquebaoanquankekaoyunxingdetongshizuidaxianduliyongdianchikeyongronglianglaishuozhiguanzhongyao。dianchiguanlixitongdepinzhizhijieyingxiangdiandongqichemeicichongdiansuonengxingshidelichengshu。youzhidedianchiguanlixitongnenggouzuidaxiandudiyanchangdianchidezhengtishiyongshouming
，congerjiangdizongyongyouchengben(TCO)。

就功率管理而言，能夠在不降低BOM成本或減小PCB尺寸的情況下克服複雜的電磁幹擾問題(EMI)將變得至關重要。無論是隔離式柵極驅動器的供電電路，還是高壓至低壓DC-DC電路
，高功效比

、熱(re)性(xing)能(neng)和(he)封(feng)裝(zhuang)仍(reng)然(ran)是(shi)功(gong)率(lv)域(yu)的(de)關(guan)鍵(jian)考(kao)慮(lv)因(yin)素(su)。在(zai)所(suo)有(you)情(qing)況(kuang)下(xia)，能(neng)否(fou)消(xiao)除(chu)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)對(dui)電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)而(er)言(yan)極(ji)為(wei)重(zhong)要(yao)。涉(she)及(ji)到(dao)開(kai)關(guan)多(duo)個(ge)電(dian)源(yuan)時(shi)，電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)是(shi)一(yi)個(ge)非(fei)常(chang)關(guan)鍵(jian)的(de)痛(tong)點(dian)

，如(ru)果(guo)EMC性能出色
，則非常有助於減少測試周期和降低設計複雜性
，從而加快上市速度。

如果深入研究支持部件的生態係統，會發現電磁傳感技術的進步推動產生了新一代無接觸電流傳感器，該傳感器能夠提供高帶寬、gaojingdu，erqiewugonglvsunhao，ciwai
，haituidongchanshenglejingmiqiekekaodeweizhichuanganqi


，shiyongyuzhouduanhezhouwaibuzhi。dianxingdechadianshihunhedonglidiandongqichezhongbushu15到30個ge電dian流liu傳chuan感gan器qi，並bing采cai用yong旋xuan轉zhuan和he位wei置zhi傳chuan感gan器qi來lai監jian測ce牽qian引yin電dian機ji。在zai幹gan擾rao電dian磁ci場chang下xia的de精jing度du和he可ke靠kao性xing是shi跨kua電dian動dong汽qi車che功gong率lv係xi統tong測ce量liang和he保bao持chi性xing能neng的de重zhong要yao屬shu性xing。

端到端效率

從電池到電機逆變器，再到支持組件等，從整體來看電動汽車傳動係統的所有元件，ADI發現了無數改進電動汽車的機會
，可以提升其整體能效
，還能增加電動汽車行駛裏程。隨著SiC功率開關技術滲透到電動汽車電機逆變器中
，數字隔離已成為其中一個重要的組成部分。

同樣，汽車OEM可(ke)以(yi)利(li)用(yong)多(duo)學(xue)科(ke)方(fang)法(fa)來(lai)優(you)化(hua)電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)，以(yi)確(que)保(bao)所(suo)有(you)可(ke)用(yong)的(de)功(gong)率(lv)檢(jian)測(ce)和(he)控(kong)製(zhi)器(qi)件(jian)密(mi)切(qie)配(pei)合(he)，以(yi)最(zui)大(da)限(xian)度(du)提(ti)升(sheng)性(xing)能(neng)和(he)效(xiao)率(lv)。同(tong)時(shi)，它(ta)們(men)可(ke)以(yi)幫(bang)助(zhu)消(xiao)除(chu)主(zhu)流(liu)消(xiao)費(fei)者(zhe)購(gou)買(mai)電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)的(de)最(zui)後(hou)一(yi)個(ge)障(zhang)礙(ai)
，即(ji)行(xing)駛(shi)裏(li)程(cheng)和(he)成(cheng)本(ben)，同(tong)時(shi)幫(bang)助(zhu)打(da)造(zao)更(geng)環(huan)保(bao)的(de)未(wei)來(lai)。

參考電路 

¹ Richard Dixon。“未來汽車使用的MEMS傳感器。”第4屆年度汽車傳感器和電子峰會，2019年2月。

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