电子创新元件网 - 电动汽车 - 德赢平台,德赢ac米兰官方区域合作伙伴

找到您的高压功率设计的亮点

judy — Mon, 23 May 2022 02:35:49 +0000

2020年750V第四代SiC FET诞生时，它与650V第三代器件的比较结果令人吃惊，以6毫欧器件为例，品质因数RDS•A降了近一半，由于体二极管反向恢复能量，动态损耗也降了近一半。关闭能量Etot显著降低，而短路耐受时间和体二极管浪涌电流提高到了两倍以上。

这些进步使得SiC FET在效率和成本至关重要的系统中遥遥领先于竞争性技术：IGBT、Si-MOSFET、SiC-MOSFET，甚至GaN，例如在电动车/太阳能逆变器中、电池充电器中、PFC级中以及一般的直流和交直流转换中。在应用中，与其他器件相比，750V额定值是一个有用的新增优势，使其拥有比额定电压通常仅为650V的其他技术器件更大的安全裕度。这甚至能降低要将电压过冲保持在最大额定值内所需的高损耗缓冲，增效节能。

第三代技术提供了1200V和更高额定电压的器件，而现在，UnitedSiC（现名Qorvo）提供了1200V第四代器件，它们具有一系列导通电阻额定值，可满足通常使用800V总线的各种应用的需要。为了能灵活设计，RDS(on)值为23/30/53和70毫欧的产品均以TO-247-4L封装提供，并额外采用开尔文源极连接，满足开关速度极快的应用的需求。53和70毫欧器件还以TO-247-3L封装提供，供重要性略低但对成本更为敏感的设计使用。与750V器件一样，每个器件都有业界出众的导电和动态相关损耗品质因数：RDS•A、RDS(on)•Coss,tr和RDS(on)•Qg。1200V器件还利用在第四代产品中开发出的技术，即先进的单元最大化技术、晶圆减薄技术和银烧结晶粒连接方法。这为器件带来了出色的热能力，符合总线电压较高的系统中较高功率电平的要求以及利用的先进冷却技术的要求。新的UF4C/SC器件经过优化，可用于硬开关应用，如连续导电模式中广受欢迎的图腾柱PFC级。它们还非常适合软开关设计，在此类设计中，SiC FET的低输出电容和低导电损耗都是显著优势。

新1200V器件的一个显而易见的应用是采用800V电池的电动车，它需要车载充电器和辅助直流转换器。当然，新的1200V第四代器件具有SiC FET的既有优势：常关型、栅极驱动轻松、体二极管损耗低和碳化硅固有的强度。

因此，欢迎用新的1200V第四代SiC FET找到您的功率设计的亮点。

文章来源： UnitedSiC

电动汽车电池为何爆燃？这些电池安防的芯片，你需要知道！

judy — Wed, 11 May 2022 01:56:10 +0000

在电动化趋势带动下，汽车正发生着翻天覆地的变化，核心三大件由燃油车的发动机、底盘和变速箱变成了电动汽车的“三电系统”——电驱、电池、电控。根据车企公布的成本数据，电池系统是电动汽车中成本占比最高的部件，接近总成本的40%。

一方面，电动汽车的电池系统“坏不起”。在电动汽车的维修项目中，一旦和电池系统挂钩，维修成本将骤增。算上维修系统的零部件溢价，一旦电池系统出问题，往往需要花费整车价近六成的成本进行维修。另一方面，偶发的电动汽车自燃事故证明，电动汽车电池爆燃具备更大的破坏力，且留给驾乘人员的逃生时间更短。因此，保障电池系统的安全稳定，是整个电动汽车产业的共同目标。

实际上，从手机和电动自行车发生爆燃事故开始，公众和产业界就开始重视锂电池的安全问题，只是在汽车领域，安全的概念得到了进一步的加强。这篇文章，我们就来具体解读一下锂电池的安全防护，并为大家推荐贸泽电子分销的能够保障电池安全的元器件。

关于锂电池安全

众所周知，由于自身物理特性，锂电池具有相当的危险性。锂电池充电时，将电能转化为化学能进行能量储存，放电时则将化学能转化成电能进行能量释放。而锂电池一旦储存了能量，不可控的能量释放就会引起爆燃。由于智能手机、电动自动车、电动汽车都在追求长续航，电池系统的高能量密度已成为一种产品优势，但这其实进一步增加了爆燃的破坏力。

当然，锂电池最终的破坏力呈现是通过爆燃方式，但这并不是瞬间完成的，而是以热失控的形式有一个渐进的过程。何种情况会造成锂电池热失控呢？行业将这些情况统称为滥用条件。

通过查看中国国家标准GBT31485-2015《电动汽车用动力蓄电池安全要求及实验方法》后发现，滥用条件包括过放、过充、内外短路、挤压和跌落等。

以电动汽车动力电池系统为例，其一般由电芯、BMS（电池管理系统）、结构件（箱体、导线、接插件等）和热管理系统组成。

电芯就是单节的锂离子电池，由正极片、负极片、隔膜、电解液和结构件组成。很多动力电池系统事故，比如自燃，都是由电芯内短路引起的。发生内短路之后，电芯温度会快速上升。当温度达到一定程度后，电芯内保护负极活性物质的隔膜便会消失，导致负极完全裸露，电解液在电极表面大量分解放热，这是后续电池内部产生一系列放热副反应的第一步。然后大量热量和可燃气体释放，最终造成系统爆燃。

此外，还有两种会引起电池系统发生爆燃的滥用情况是高温和过充，其中高温也包括由于过放和外短路造成的系统温度快速上升，而这些都是BMS系统监控的重点。BMS负责监控电池端电压、电池间能量均衡、电池组总电压/电流、电池端/电池组温度等。如上所述，当这些指标发生异变后，电池便会进入滥用条件，如果不能及时制止，便会造成爆燃事故。

电动汽车对高性能BMS有迫切的需求。与此同时，电动汽车市场的快速增长也对BMS产品有积极的带动作用。

根据QYReaserch的分析数据，2020年全球汽车BMS市场规模达到了217亿元，预计2027年将达到885亿元，年复合增长率（CAGR）为26.19%。

BMS被很多业者称之为“电池保姆”或者“电池管家”，其主要作用是智能化动态管理，以及维护各个电池单元，防止电池出现过充和过放，延长电池的使用寿命，监控电池的状态。在电池管理方面，BMS能够准确获取动力电池组的荷电状态（State of Charge，即SOC），保证SOC维持在合理的范围内，防止由于过充电或过放电对电池造成损伤。当发现电池组中某些电池的电压或者容量过高/过低时，BMS具备在单体电池间进行均衡的能力，这是防止电芯进入滥用情况的关键一环，既延长了系统寿命，又杜绝了安全风险，同时为快充提供了安全稳定的运行条件。

总结而言，在电动自行车、电动汽车应用中，BMS系统主要实现以下功能：

准确获取动力电池组SOC，并通过系统算法将SOC维持在合理区间；

对电池组和电芯进行均衡管理，包括热管理、充放电管理等；

为电池组提供多种保护功能，包括过充保护、过放保护、短路保护等；

借助通信总线和整车系统做信息交互。

除了在BMS和电池材料等关键技术领域做创新外，为了促进锂电池的安全使用，政策端也在加紧颁布相关条例，力图对产业起到正确的引导作用。

LTC3300

适用于电动汽车的多节电池平衡器

在上面的分析中，我们以汽车动力电池系统为例，解读了哪些滥用情况会导致动力电池组的爆燃风险，并提到了BMS系统在动力电池系统安全层面起的重要作用。接下来，我们要介绍的第一款产品便是能够应用于电动汽车BMS系统的LTC3300多节电池平衡器。该产品由制造商ADI供应，贸泽电子上该产品的供应商产品编号为LTC3300HLXE-2#WPBF。

LTC3300双向多节电池平衡器是一款故障保护控制器IC，适用于对多节电池的电池组进行基于变压器的双向主动电荷平衡。通过图1可以看到，LTC3300具备丰富的管脚功能，在器件内部集成了各种相关的栅极驱动电路、高精度电池传感、故障检测电路和一个带内置看门狗定时器的坚固型串行接口。

图1：LTC3300引脚配置（图源：ADI）

图2是LTC3300的典型应用框图，该器件可利用一个高达36V的输入共模电压对多达6节串联连接的电池进行电荷平衡，解决了单向平衡在电池组中电池电压很低时的低效问题，从而实现长串串接电池中每节电池的电荷平衡。尽可能缩短平衡时间并降低功耗。通过外部设置，平衡电流可达10A。

图2：LTC3300典型应用框图（图源：ADI）

同时，LTC3300具备行业领先的可扩展性，借助其电平转换SPI兼容型串行接口，能在不采用光耦或隔离器的情况下完成多个LTC3300-1器件的串联连接，可堆叠支持1000V以上的系统。并且串联连接的LTC3300-1可以同时工作，因此能够对电池组中的所有电池同时独立地进行电荷平衡。此外，LTC3300还能够与LTC680x系列多单元电池堆栈监控器无缝集成。

如图3所示，LTC3300具备高达92%的平衡器效率。

图3：LTC3300的实测效率（图源：ADI）

全面出色的保护性能是LTC3300器件的一大亮点，能够提供各种故障保护特性，包括回读能力、循环冗余校验（CRC）错误检测、最大导通时间伏特-秒钳位和过压关断。

当应用于串接式锂离子电池的BMS系统时，LTC3300-1组成的电池组平衡器是系统中的关键部件，能够和监视器、充电器、微处理器或微控制器协同工作。图4是LTC3300-1应用于BMS系统的原理图，电池组平衡器在系统中的作用是，针对某一个给定的失衡电池与相邻的较大的电池组（其包含失衡电池）进行电荷转移，以达到单电池和整个电池组的电压或容量平衡。

图4：LTC3300-1应用于BMS的原理图（图源：ADI）

在BMS系统中，LTC3300和LTC680x系列多单元电池堆栈监控器的无缝集成提供了高精度的电压监视保护。高达92%的平衡效率让LTC3300和具备相同平衡器功耗、效率仅为80%的方案相比，平衡电流可提升一倍多。

这种高效的平衡方式，延长了动力电池组的使用寿命，有助于实现更快的充电速度。从系统安全来看，更高效的电池平衡可以避免情况恶化。出现电芯电压或能量不平衡时，如果不能快速解决，就容易进一步恶化为过充或者过放，这正是我们上述提到的滥用情况。

在潜在应用场景上，LTC3300除了适用于电动汽车或者插电式混合动力汽车（HEV）的BMS系统外，也可应用于通用型多节电池的电池组监测、大功率UPS/电网能量存储系统等市场。

了解更多LTC3300信息，请点击这里>>

ISL94216x

可精确监控的电池前端IC

上述内容中，我们多次提到了BMS在电动汽车中的重要作用，并介绍了一款可用于电动汽车BMS电池平衡的元器件。实际上，BMS系统在电动自行车领域也极为重要。频发的事故让电动自行车已经被禁止进入居民楼内，但是要杜绝此类事故，还是要从根本上提高各类型轻型电动车的电池安全。

接下来这款器件便可用于轻型电动车的BMS系统，它就是ISL94216x电池前端IC，来自制造商Renesas Electronics。工程师朋友通过在贸泽电子上搜索制造商器件编号ISL94216IRZ，就可以精准地找到它。

图5：ISL94216x电池前端IC（图源：Renesas Electronics）

图6是ISL94216x电池前端IC的系统框图，展现了该器件的集成特性。该器件支持I²C、SPI和单线协议栈，可在电池管理解决方案中连接MCU。

图6：ISL94216x电池前端IC系统框图（图源：Renesas Electronics）

ISL94216x电池前端IC具备多项电池监测功能，能够定期扫描电池状态和工作环境，以优化电池寿命并防止灾难性故障。该器件搭载的差分多路复用器和16位ADC可精确监控电池组整体状态下的电池电压、温度和负载电流。同时，器件里的充电/负载唤醒检测电路能够动态获取电池组的工作情况。

BMS系统的核心功能是监测和平衡。在电池平衡方面，ISL94216x电池前端IC具有内部电池平衡电路，可提供每节8mA平衡电流。因此，当应用于轻型电动车BMS系统时，该器件能够提供多种操作模式和监测/保护功能。

在此额外强调一下ISL94216x电池前端IC的开路检测功能，电路框图如图7所示，其中VC0-VC16检查连接器和电池之间的导线（蓝色），VSS和VBAT1 OW检查红色的连接，以此来判断BMS和电池单元的连接是否断开。

图7：ISL94216x电池前端IC开路检测功能（图源：Renesas Electronics）

开路检测是BMS自诊断中一项很重要的功能，一旦连接器和电池组断开连接，BMS将不能继续提供系统监测和调节功能，如果此时其他电路继续工作，不仅会损害电池组，甚至会造成事故。

了解更多ISL94216x信息，请点击这里>>

将危险扼杀在萌芽期

从当前产业的技术现状来看，锂电池自身的风险性在未来很长一段时间内还将继续存在，但产业界对此并非束手无策。从系统监测到电池平衡，各大厂商提供的电池保护元器件能够将锂电池的危险扼杀在萌芽期。

BMS系统的重要性已经得到了全行业的认可。面向未来，BMS需要更好的状态估算技术、电池诊断技术、主动均衡技术，云化BMS也会成为必然的趋势；在产品形态上，分布式管理让BMS的功能更加清晰、分离，并借助集成技术融入到不同的域控制器中；再有，BMS将追求更先进的功能安全，做到电池全生命周期的安全管理；此外，低成本技术是未来BMS主要的实现方式。

当然，电子元器件是实现这一切的基石。而这些带有出色保护性能的元器件，工程师朋友在贸泽电子的“电池管理”栏目下都能够轻松获取到，并且有丰富的开发工具与元器件相关联，帮助工程师朋友把好锂电池应用的“安全关”。

本文转载自：贸泽电子微信公众号

电动汽车采用更高电池电压的推动因素

judy — Mon, 09 May 2022 07:08:58 +0000

作者：Peter Vaughan，Power Integrations™业务发展总监

许多国家和地区正在颁布立法以增加电动汽车(EV)的数量，目标是逐步淘汰或最终禁止使用汽油和柴油汽车。虽然早期尝鲜者可能出于环保效益而购车，但市场上仍有相当一部分人还关注电动汽车的续航里程限制和充电时间。

汽车行业正面临着不断提供能吸引更多受众的创新解决方案的挑战，而这正推动着提高电池电压的发展趋势。当前，道路上的大多数乘用电动汽车都采用400V电池。电动巴士和电动卡车是600V级别的车辆，乘用车正开始采用800V电池。

相较于现有的400V系统，800V系统的推出是一大进步，并且其推出速度比许多人预期的要快。800V系统有何优势？它们如何帮助解决一些对消费者构成障碍并减缓电动汽车推广的问题？

800V电池如何影响车辆设计？

无刷直流电机的核心元件是产生直流磁场的转子（通常是永磁体或直流电枢绕组）和包含铜绕组的定子（交流电流从中通过）。运动依赖于转子磁场与由定子绕组中时间控制的电流产生的旋转磁场的相互作用。在给定的输入功率下，随着电机工作电压的增加，输入RMS电流减小，定子绕组铜损耗也随之减小。使用800V电源与400V电源相比，损耗通常会减少4倍。这就提供了减小铜绕组线径的机会，既减小总体积，又提高包装效率，使电机更小。800V系统具有同样较低的电流要求，不仅能降低电机铜损耗，还能降低整个系统接线器的损耗，从而带来重量、空间和成本的节省。

800V系统通常也从硅基IGBT转向碳化硅(SiC) MOSFET。SiC器件可提供更高的开关速度，因此开关损耗更低。这有助于提高工作频率，由于谐波电流减小，进一步降低电机损耗。

更轻的重量可提高操控性和加速性，这在高端跑车市场很有价值。加上损耗降低，可以增加与电池直接相关的续航里程，从而降低车辆相关成本。腾出的空间可用来增加电池组的尺寸，以增加续航里程，或者可以分配给增加的乘客舱空间。想要更大的后备箱吗？较小的电机对此也有帮助。值得注意的是，更大的电池组也会增加充电时间，但800V能发挥充电优势。

重量、体积和损耗的减小为车辆设计人员提供了选择机会，可以根据特定细分市场在成本、性能和续航里程之间进行平衡。成本的降低使解决方案更容易被中端消费市场所接受，而不仅仅是高性能车辆。

在考虑转向电动汽车时，续航里程是关键决定因素之一。对一些人来说，这是一个方便性问题，希望使长途旅行更容易。对于商用车而言，增加续航里程意味着更高效的配送路线、更多的上路时间、更少的车辆覆盖相同区域以及更低的运营成本。

800V系统可缩短充电时间

充电时间对消费者和商用车来说都是一个挑战。对于城市司机和通勤者来说，在家过夜充电通常就足够了。然而，当计划一次长途旅行时，特别是当路程超出了车辆的续航里程时，还需要规划一条能在适当时间提供充电站的路线。虽然充电桩通常放置在附近的便利设施中，但仍可能需要排队等待，这是难以接受的。对于商用车来说，问题就更复杂了，因为返回站点充电，或者让车辆在现场充电时闲置90分钟，会降低生产力并直接影响企业的利润。

800V系统架构如何帮助破解难题？正如我们之前提到的，在相同功率下，将电压加倍会将电流减半。在充电过程中，散热对充电电缆以及汽车充电机入口和内部布线都是一个限制。从400V升级到800V，可以在相同损耗的情况下将充电速率提高一倍。这有几个方面的好处。第一个好处非常简单，那就是减少充电时间。如果充电功率增加一倍，则充电时间将减少一半，但实际上改善幅度较小。不那么明显的好处是，充电站利用率的提高。如果充电车辆的停留时间减半，则可以使用给定充电机的车辆数量会增加一倍。

保时捷和起亚已推出新款全电动汽车，其续航里程开始接近汽油车的中位数，而且充电时间更接近于在加油站加油时快速停车取货的用时。最新部署的一系列充电站的最大额定功率为400kW，对于800V架构来说绰绰有余。

保时捷的全电动跑车Taycan的续航里程为420公里（260英里）。它采用800V电池架构，在300A (240kW)的快速充电站上仅需22.5分钟即可将电量从5%充电至80%。它仍然能够使用400V充电站，这需要大约90分钟。起亚已宣布推出EV6 800V架构汽车，该车在18分钟内从10%充电至80%，最大功率为239kW，增程版可行驶480公里（300英里）。

快速充电时间对商用车辆至关重要，因为商用车辆可以通过快速充电来延长工作时间，并将返回站点进行完全充电的时间推迟到晚上。重要的是，这些更快的充电时间也符合许多地区规定的30至40分钟的休息时间。

800V架构的采用速度快于预期

汽车市场采用800V架构的速度比最初预期的要快。保时捷一路领先，但不只是跑车 - 起亚和几家中国制造商现在提供800V汽车。正如汽车市场的典型情况一样，创新始于高端汽车，随着技术变得更加经济实惠，慢慢地进入大众市场。800V系统带来的好处包括节约成本，中端消费市场可以比最初想象的更快地利用这些成本。

随着汽车市场采用800V架构，我们无疑将看到各公司进一步推动更高电压系统的优势。这些优势不断扩大，因此900V及更高电压可以进一步增加这些优势，甚至更多地推动续航里程、重量和充电时间的改进。基础设施将需要跟上步伐；新的400kW充电站已经在促成这一方向。

800V系统中电源解决方案的设计要点

电动汽车中的高压连接子系统通常需要一个高压到低压的电源。提高到800V需要更高的隔离度和电压额定值。

电动汽车电池组由许多以串联/并联组合方式连接的单体电池构成。每个单体电池的工作电压范围为3.1V至4.2V。对于标称800V系统，大约有198个串联电池，总电池组电压为610V至835V。由于再生制动期间电压升高的影响，通常会增加20V至30V的电压，使最大电压达到865V。电源内部开关的额定值必须明显高于该电压。对于反激式变换器，必须额外增加150V至200V的电压，使开关应力达到1065V。应用通常的20%降额，可得到至少1.33kV的规格。

另一个重要的设计要点是需要低电压启动，通常为30V至40V。车辆安全系统需要首先上电，以确保在任何东西开始移动或可能发生故障之前，所有的控制电子装置都能运作。设计一个工作电压介于30V到>900V的电源可能具有挑战性。

Power Integrations的创新高压解决方案

Power Integrations (PI)发布了两款新的符合AEC-Q100标准、额定耐压1700V的IC，为其InnoSwitch™3-AQ产品系列再添新成员。这两款新器件解决了800V系统所面临的上述设计挑战，为汽车领域带来一系列有价值的功能，并为未来设计提供了通向更高电压的途径。

图1：InnoSwitch3-AQ 1700V器件可实现简单、加强绝缘的汽车电源

这款简单的反激式变换器设计集成了碳化硅开关以及初级和次级控制器。InnoSwitch3-AQ IC使用FluxLink™进行隔离，可让次级控制器成为主控制器。这种不寻常的架构意味着次级侧决定何时进行初级开关操作，实现同步整流而没有通常的缺点（例如，开关时间不正确），并能对所有故障做出响应。

图2：额定耐压1700V的InnoSwitch3-AQ无需额外的外部元件

InnoSwitch3-AQ具有30V启动电压，这对于为汽车应用中的安全系统上电至关重要。分立解决方案需要在初级侧添加额外的元件，才能实现30V启动，这需要付出相当高的成本。连接到高压母线的每个元件都必须针对多种故障模式进行测试，因此PI器件的高集成度优势可以节省系统成本，最多可减少50%的测试用例。

减少元件数量对电动汽车来说至关重要。由于元件更少，因元件本身而导致的故障率随之降低，而且焊点也更少，可靠性更高。电路板面积的节省更为显著，因为这减轻了重量并提高了功率密度，可腾出更多的内部空间，这些都是电动汽车市场上的重要优势。

InnoSwitch3-AQ IC的独特架构使其可以位于安规隔离带上，而这里是PCB上通常无法使用的空间。实际上，它可以放置在变压器下方。这种设计不占用PCB空间，这对设计工程师来说意义重大。

图3：可扩展性允许相同的设计以微小的变化提供不同的功率水平

由于具有非常高的输出控制精度，因此无需额外的DC-DC变换器来产生更多母线 - 器件本身可以提供。由于采用FluxLink架构且具有±2%的控制精度，只需要两个开关周期就能从零负载达到满载状态，并将输出功率从零增至最大值。这意味着输出电容也小得多。由于效率超过90%，散热量大幅减少，足以省去外部散热片。这些特性可进一步缩减尺寸、空间和元件数量，以及其他更多好处。

空载功耗通常不是一个关键参数，但对于始终连接电池的电动汽车而言，车辆长时间停放后电池很容易耗尽电量。新的InnoSwitch3-AQ器件的空载功耗小于15mW，可确保乘客在机场返回他们的汽车时不会被搁浅在那里。

随着新的50W和70W输出功率器件的加入，Power Integrations的InnoSwitch3-AQ产品系列现在已更为丰富，可为电动汽车提供400V、600V、800V及更高母线电压的设计方案。

图4：适用于400V、600V和800V系统的完整器件系列

英飞凌推出全新车规级高压IGBT EDT2, 大幅提升电动汽车分立器件逆变器性能

judy — Tue, 26 Apr 2022 07:39:13 +0000

英飞凌推出了采用TO247PLUS封装的全新EDT2 IGBT，该器件符合并超越了车规级半导体分立器件应力测试标准AECQ101，能大幅提升逆变器系统的性能和可靠性。该 IGBT采用汽车级微沟槽场中止单元设计，所用技术已成功应用于EasyPACK™ 2B EDT2和HybridPACK™等多款逆变器模块。

应用领域

牵引逆变器

DC Link放电开关

辅助逆变器

产品特性

出色的抗短路能力

采用TO247PLUS封装具有更大的爬电距离，更有利于系统设计

EDT2技术专门针对牵引逆变器进行了优化，击穿电压为750 V，可支持高达470 VDC的电池电压，能显著降低开关和导通损耗。在100°C的温度条件下运行时，额定电流通常为120 A或200 A，具有极低的正向电压

相比上一代产品，导通损耗降低了13%

参数分布非常紧凑

集电极-发射极饱和电压（Vce(sat)）典型值与最大值之间相差不足200 mV

栅极阈值电压（VGEth）相差不到750 mV

饱和电压为正温度系数

平稳的开关特性

低栅极电荷（QG）

最高结温温度（Tvjop）175°C

供货情况

英飞凌新推出的EDT2 IGBT包括AIKQ120N75CP2和AIKQ200N75CP2两种型号，现已开始供货。

罗姆第4代SiC MOSFET在电动汽车电控系统中的应用及其优势

judy — Tue, 08 Mar 2022 07:57:13 +0000

引言

近年来，为了实现“碳中和”等减轻环境负荷的目标，需要进一步普及下一代电动汽车（xEV），从而推动了更高效、更小型、更轻量的电动系统的开发。尤其是在电动汽车（EV）领域，为了延长续航里程并减小车载电池的尺寸，提高发挥驱动核心作用的电控系统的效率已成为一个重要课题。SiC（碳化硅）作为新一代宽禁带半导体材料，具备高电压、大电流、高温、高频率和低损耗等独特优势。因此，业内对碳化硅功率元器件在电动汽车上的应用寄予厚望。

罗姆第4代SiC MOSFET应用于“三合一”电桥

近日，上汽大众与臻驱科技联合开发的首款基于SiC技术的 “三合一”电桥完成试制。据悉，对比现有电桥产品，这款SiC“三合一”电桥在能耗表现方面非常抢眼，每百公里可节约0.645kW·h电能。以上汽大众在ID 4X车型上的测试结果为例，对比传统的IGBT方案，整车续航里程提升了4.5%。由此可知，SiC电桥方案的优势非常明显。但作为一种新技术，SiC电控系统还存在一些开发难点，比如SiC模块的本体设计，以及高速开关带来的系统EMC应对难题。值得一提的是，臻驱科技此次完成试制的“三合一”电桥采用的是罗姆第4代SiC MOSFET裸芯片，充分发挥了碳化硅器件的性能优势。

罗姆于2020年完成开发的第4代SiC MOSFET，是在不牺牲短路耐受时间的情况下实现业内超低导通电阻的产品。该产品用于车载主驱逆变器时，效率更高，与使用IGBT时相比，效率显著提升，因此非常有助于延长电动汽车的续航里程，并减少电池使用量，降低电动汽车的成本。

图 | 第4代SiC MOSFET和IGBT的逆变器效率比较

罗姆第4代SiC MOSFET的独特优势

罗姆作为碳化硅领域的深耕者，从2000年就开始了相关的研发工作，并在2009年收购碳化硅衬底供应商SiCrystal后，于2010年率先推出了商用碳化硅MOSFET，目前产品涵盖SiC SBD、SiC MOSFET和全SiC模组，其中SiC SBD、SiC MOSFET可以裸芯片的形式供货。罗姆在2015年发布了第3代也是第一款商用沟槽结构的SiC MOSFET产品，支持18V驱动。2020年，罗姆又推出了第4代SiC MOSFET。目前，不仅可供应裸芯片，还可供应分立封装的产品。分立封装的产品已经完成了面向消费电子设备和工业设备应用的产品线开发，后续将逐步开发适用于车载应用的产品。

对比罗姆的第3代SiC MOSFET产品，第4代SiC MOSFET具有导通电阻更低的特点。根据测试结果显示，在芯片尺寸相同且在不牺牲短路耐受时间的前提下，罗姆采用改进的双沟槽结构，使得MOSFET的导通电阻降低了约40％，传导损耗相应降低。此外，从R_DS(on)与V_GS的关系图中，我们可以发现第4代SiC MOSFET在栅极电压处于+15V和+18V之间时具有更平坦的梯度，这意味着第4代SiC MOSFET的驱动电压范围可拓展至15V-18V。

图 | 第3代和第4代SiC MOSFET导通电阻测试结果示意图

同时，第4代SiC MOSFET还改善了开关性能。通常，为了满足更大电流和更低导通电阻的需求，MOSFET存在芯片面积增大、寄生电容增加的趋势，因而存在无法充分发挥碳化硅原有的高速开关特性的课题。第4代SiC MOSFET，通过大幅降低栅漏电容（Cgd），成功地使开关损耗比以往产品降低约50％。

图 | 第3代和第4代SiC MOSFET开关损耗测试结果示意图

此外，罗姆还对第4代SiC MOSFET进行了电容比的优化，大大提高了栅极和漏极之间的电容（C_GD）与栅极和源极之间的电容（C_GS）之比，从而减少了寄生电容的影响。比如，可以减小在半桥中一个快速开关的SiC MOSFET施加在另一个SiC MOSFET上的高速电压瞬变（d_VDS/dt）对栅源电压VGS的影响。这将降低由正V_GS尖峰引起的SiC MOSFET意外寄生导通的可能性，以及可能损坏SiC MOSFET的负V_GS尖峰出现的可能性。

支持工具

罗姆在下面官网的SiC介绍页面中，介绍了SiC MOSFET、SiC SBD和SiC功率模块等碳化硅功率半导体的概要，同时，还发布了用于快速评估和引入第4代SiC MOSFET的各种支持内容，供用户参考。

SiC介绍页面网址： http://www.rohm.com.cn/products/sic-power-devices

第4代SiC MOSFET的支持内容：

・概要介绍视频、产品视频

・应用指南（产品概要和评估信息、主驱逆变器、车载充电器、SMPS）

・设计模型（SPICE模型、PLECS模型、封装和Foot Print等的3D CAD数据）

・主要应用中的仿真电路（ROHM Solution Simulator）

・评估板信息 ※如需购买评估板，请联系罗姆的销售部门。

总结

综上，罗姆通过进一步改进自有的双沟槽结构，使第4代SiC MOSFET具有低导通电阻、优秀的短路耐受时间、低寄生电容、低开关损耗等优点。凭借高性能元器件以及丰富的支持工具，罗姆将助力设计人员为未来的电力电子系统创建可行且节能的解决方案。更多详情，请查看：http://www.rohm.com.cn/products/sic-power-devices

【关于罗姆（ROHM）】

罗姆（ROHM）成立于1958年，由起初的主要产品-电阻器的生产开始，历经半个多世纪的发展，已成为世界知名的半导体厂商。罗姆的企业理念是：“我们始终将产品质量放在第一位。无论遇到多大的困难，都将为国内外用户源源不断地提供大量优质产品，并为文化的进步与提高作出贡献”。

罗姆的生产、销售、研发网络分布于世界各地。产品涉及多个领域，其中包括IC、分立式元器件、光学元器件、无源元器件、功率元器件、模块等。在世界电子行业中，罗姆的众多高品质产品得到了市场的许可和赞许，成为系统IC和先进半导体技术方面的主导企业。

【关于罗姆（ROHM）在中国的业务发展】

销售网点：起初于1974年成立了罗姆半导体香港有限公司。在1999年成立了罗姆半导体（上海）有限公司， 2006年成立了罗姆半导体（深圳）有限公司，2018年成立了罗姆半导体（北京）有限公司。为了迅速且准确应对不断扩大的中国市场的要求，罗姆在中国构建了与总部同样的集开发、销售、制造于一体的垂直整合体制。作为罗姆的特色，积极开展“密切贴近客户”的销售活动，力求向客户提供周到的服务。目前在中国共设有20处销售网点，其中包括香港、上海、深圳、北京这4家销售公司以及其16家分公司（分公司：大连、天津、青岛、南京、合肥、苏州、杭州、宁波、西安、武汉、东莞、广州、厦门、珠海、重庆、福州）。并且，正在逐步扩大分销网络。

技术中心：在上海和深圳设有技术中心和QA中心，在北京设有华北技术中心，提供技术和品质支持。技术中心配备精通各类市场的开发和设计支持人员，可以从软件到硬件以综合解决方案的形式，针对客户需求进行技术提案。并且，当产品发生不良情况时，QA中心会在24小时以内对申诉做出答复。

生产基地：1993年在天津（罗姆半导体（中国）有限公司）和大连（罗姆电子大连有限公司）分别建立了生产工厂。在天津进行二极管、LED、激光二极管、LED显示器和光学传感器的生产，在大连进行电源模块、热敏打印头、接触式图像传感器、光学传感器的生产，作为罗姆的主力生产基地，源源不断地向中国国内外提供高品质产品。

社会贡献：罗姆还致力于与国内外众多研究机关和企业加强合作，积极推进产学研联合的研发活动。2006年与清华大学签订了产学联合框架协议，积极地展开关于电子元器件先进技术开发的产学联合。2008年，在清华大学内捐资建设“清华-罗姆电子工程馆”，并已于2011年4月竣工。2012年，在清华大学设立了“清华-罗姆联合研究中心”，从事光学元器件、通信广播、生物芯片、SiC功率器件应用、非挥发处理器芯片、传感器和传感器网络技术（结构设施健康监测）、人工智能（机器健康检测）等联合研究项目。除清华大学之外，罗姆还与国内多家知名高校进行产学合作，不断结出丰硕成果。