文曄科技

on_article_top
2021/05/11

ONSEMI EV Traction Solutions

-Due to COVID-19 outbreak that Toyota/VW/Daimler/GM/Ford shut down Euro factory until end of Mar. and also affect Ranult/PSA in Spain/France and Nissan in England. – Global tier 1 capacity status that Continental/Bosch/Brembo/Michelin/Pirelli also close factory but Hubei Valeo capacity recovery rate up to 80~90%.

– COVID-19 impact China EV sales continuously in Q1/Q2. BVD sell 2739 vehicles in Feb. drop 89.63% YoY and sell 12256 vehicles in Mar. drop 59.2% YoY and GAC sell 1469 vehicles in Feb. drop 92.78% YoY. – China Policy for EV purchase subsidy & free charge of acquisition tax will extend 2 year. (国务院总理李克强 3/31 )

– China government policy and E-commence industry all boost Electric logistics vehicle demand ramping and from 20’ to 25’ with CAGR > 50% and total 5 yr estimated volume will be around 1M vehicles ( by CALA)

– Benchmark minerals Intelligence warn battery shortage due to COVID-19 impact lithium battery industry in South Africa and Congo segregation policy affect supply of key material ‘’Cobalt’’.

Estimated % of Electrification Type Across EV Production (2026) 



https://www.onsemi.cn/video/renewable-energy-in-electric-vehicles

 

Power Solution for EV/HEVs

  • ON 150KW traction inverter demo
https://www.onsemi.cn/video/150kw-traction-inverter-demo-kit
典型的电动/混动汽车主要包含的电力系统有主逆变、OBC、高压到低压DC-DC、辅助电源高压逆变(风机、泵及压缩机)、PTC加热器和电池管理(BMS)。主牵引逆变器将汽车高压电池提供的直流电流转换为负责产生驱动车辆前进所需的转矩的感应电动机所需的交流电流。OBC负责对车内的高压电池子系统充电。而许多执行各种辅助任务的车辆子系统,过去由12 V电池供电,现在正转向高压电池母线(通常是48V、400 V或800 V),主要由三相电机驱动,在更高的电压水平下更高效地运行。



针对20至100 kW的逆变器,安森美提供分立IGBT,如650 V/120 A的 FGY120T65SPD-F085和650 V/160 A的FGY160T65SPD-F085,采用TP247封装,具有同类最佳的电气性、热性能、强固性、可靠性,符合AEC-Q101 Rev. D,100% BVces HTRB,在100% 器件动态测试中具备强固的瞬态可靠性,导通损耗和开关损耗极低,已被美国、中国、欧洲和韩国电动/混动汽车客户广泛使用。与模块相比,分立方案具有成本、灵活设计和多源可用的优势。可通过并联不同数量的IGBT扩展输出功率,实现紧凑、极具成本优势的方案,非常适用于A0/A00汽车,功率等级<40kW,总线电压<200 V。制造工艺方面,参数分布严格,从而带来出色的并联工作性能。这些器件都在超过3倍额定电流(分别为380A 和500A)的条件下测试,开关速度快(dV/dt >10V/ns),从而实现在各种应用条件下强固的抗闩锁能力



模块在逆变器中非常重要,可提高集成度和降低失效的可能性。针对40至200 kW,安森美提供IGBT晶圆用于模块装配;针对100至190 kW,提供SSDC模块;针对60至200 kW,提供DSC模块。
 


如果有小型化,并且增加功率的需求,SiC是一个非常不错的技术,用于400 V和800 V电池时,逆变器的能效可分别增加65%和80%。推荐方案如安森美的SiC MOSFET NVHL020N120。
 


高压门极驱动器通常用以实现电气隔离和提供更多保护功能和先进的开关能力。如安森美的NCV57000/001,在米勒平台电压下的源/汲电流达4 A/6 A,Galvanic Isolation 超过5 kV,可保持在1400 V 的工作电压,在1500 V的工作条件下抗共模干扰>100 kV/us,典型传输延迟80 ns, 有软关断功能以抑制尖峰电压,通过可编程延迟可去饱和检测,短路期间有IGBT门极钳位功能,米勒钳位汲电流高,提供欠压锁定(UVLO)保护,可有效地降低导通损耗,并提供更优的抗辐射干扰。


典型的OBC由多个级联级组成,即输入整流、功率因数校正(PFC)、DC-DC转换、隔离、输出整流和输出滤波。推荐超结MOSFET、APM16模块和SiC方案。
 


SuperFet有3个版本:快速驱动(FAST)、易驱动(Easy Drive)和快恢复(FRFET)。FAST版本适用于硬开关拓扑,小Qg和Eoss有助于实现高能效。易驱动版本适用于硬/软开关拓扑,内置门极电阻(Rg)和优化的电容,EMI低。FRFET版本适用于软开关拓扑,Qrr和Trr较小,提供更好的系统可靠性和强固性。

 

随着电动車两次充电间更多的里程和更快的充电时间,对更高能效和更高功率密度的需求也随之增加。宽禁带技术满足这些要求,提供更快开关、更低功耗、更高功率密度、更高工作温度,而实现更高能效、紧凑、更佳散热性和更高可靠性方案。

SiC二极管比硅二极管提供更强固的抗浪涌及雪崩能力。安森美車規级1200 V SiC二极管的电流规格主要有10 A、20 A、40 A,采用TO247-3L、TO247-2L或D2pak封装,汽车级650 V SiC二极管有6 A、8 A、10 A、20 A、30 A、50 A、集成两个独立的10 A或两个独立的20 A等电流规格,提供TO247-3L、TO247-2L、TO220-2L、TO220-3L、D2pak或Dpak封装。

从应用角度看,对于给定的裸芯尺寸,SiC MOSFET比超结MOSFET或IGBT有更低的导通电阻,Rds-on 对温度的依赖比超结MOSFET少一半,提供更好的热导率,适用于高温环境,更高的开关速度支持高频工作和减少无源器件数,体二极管的反向恢复几乎为零(低结电容),但Vf较高。SiC MOSFET可硬开关。适当的门极驱动选择是个关键要求。关态下建议使用负电压以防止桥拓扑中的寄生导通(或击穿)效应。安森美的車規900 V SiC MOSFET的门极驱动电平提供+15 V/-5 V的驱动電源,RDS(on)有20 mΩ、30 mΩ、60 mΩ和80 mΩ的规格,采用TO247-3L、D2pak7L封装或裸芯;1200 V SiC MOSFET的门极驱动电平则提供+20 V/-5 V的電源,RDS(on)有20 mΩ、40 mΩ和80 mΩ的规格,采用TO247-3L、D2pak7L封装

 

 

电动/混动汽車高压辅助電源方案用于如电动增压器、交流压缩机、EPS、减摇、散热风扇、液压泵、空调压缩机和PTC加热器等车辆子系统。推荐用安森美的高压ASPM模块,其优势有:集成度高、外形紧凑、超低热阻(<0.37 K/W)、确保175°C的结温、出色的强固性、超长的使用寿命、设计周期及装配流程短、通过車規认证。

如图所示,针对空调电动压缩机,采用ASPM模块的方案比分立方案更紧凑,且散热性更好,并提供强大的隔离电压,整体性价比也得以提升。

 

ASPM模块采用的封装技术是直接覆铜(DBC)。DBC基板有两种材料可选:AI2O3和氮化铝。热导率约为AI2O3的7倍,适用于更高功率的应用场合。

安森美提供650 V ASPM@27系列和1200 V ASPM@34系列,分别针对400 V以下的电池系统和电池电压略高但低于800 V的场合。这些ASPM集成IGBT(具有优化的门极驱动)、高速HVIC和丰富的保护特性,规格如下表所示。

安森美 48 V 方案

48 V双电压结构是在汽車迈向纯电动的进程中衍生出的一种新兴技术,能比12 V电池驱动更高的功率负载,实现更高的能效和降低排放。

针对48 V皮带起动机(BSG),关键器件有80 V至100 V  分立MOSFET、APM17/15 半桥模块、半桥门极驱动器、电流检测放大器和运放。针对48 V-12 V DC-DC转换器,关键器件有80 V/ 100V MOSFET用于buck-boost 开关、30V/40V MOSFET 用于OR-ing 和安全关断、半桥 MOSFET驱动器和电流检测运放。采用48 V电机的辅助负载主要有增压器、减摇系统、EPS、发动机散热风扇、水泵、空调压缩机等,关键器件有80 V/100 V MOSFET、MOSFET 模块、门极驱动器、电流检测放大器、LDO、DC-DC、SBC、CAN 接口。

安森美提供广泛的中低压MOSFET阵容,并具有世界最好性能的内核封装技术,如TOLL、Power88、SO-8FL、u8FL,比传统的封装如D2PAK、DPAK、SOT-223等实现更低阻抗、更低电感和更小占位,可充分发挥大电流密度能力,改善散热性,提高功率密度。公司广泛的封装阵容确保在40 V至100 V的中低压MOSFET每一击穿电压都有全球最低的导通电阻率。

采用模块方案可减少整体系统尺寸和成本,简化热设计。安森美用于48 V中度混动汽车的APM方案阵容主要有APM20、APM17、APM15、APM19和APM11,基于DBC的结构,根据电动压缩机、电动增压器、起动发电一体机(ISG)、BSG、EPS等不同系统的不同功率需求和电压等级,用于不同的拓扑。

Leave a Comment
0 Comments