安森美半導(dǎo)體助力電動汽車充電樁市場發(fā)展并推動創(chuàng)新
在國家環(huán)保政策的激勵下,，電動汽車正日益普及。中國是世界最大的汽車市場,。據(jù)GoldmanSachs報道,，2016年中國電動汽車占全世界電動汽車的45%,這一百分比到2030年可能升至60%,。根據(jù)中國的“一車一樁”計劃，電動汽車充電樁總數(shù)在2020年將達480萬個,，與現(xiàn)有的接近50萬個相比,，未來2年多內(nèi)將安裝430萬個，其中將至少有200萬個是大功率直流充電樁,。安森美半導(dǎo)體是嶄露頭角的電動汽車/混合動力汽車半導(dǎo)體領(lǐng)袖,，緊跟市場趨勢,，提供全面的高性能方案，包括超級結(jié)SuperFET?IIIMOSFET,、碳化硅(SiC)二極管,、IGBT、隔離型門極驅(qū)動器,、電流檢測放大器,、快恢復(fù)二極管，滿足電動汽車充電樁市場需求并推動創(chuàng)新,。
電動汽車充電樁基礎(chǔ)知識及市場趨勢
電動汽車充電樁分為交流充電樁和直流充電樁,。電網(wǎng)中的交流電通過交流充電樁直接給車載充電器(OBC)供電，OBC把AC轉(zhuǎn)換成DC,，然后通過配電箱為車內(nèi)的動力電池充電,。直流充電樁則包含許多AC-DC電源模塊。
目前電動汽車電池容量基本在20至90KWH,，續(xù)航里程為200至500km,，充電方式從3c到10c。續(xù)航里程是目前電動汽車不及傳統(tǒng)燃油汽車受歡迎的一個原因,，要想增加續(xù)航里程,，需提升電池容量密度。另外,，車主希望充電時間更短,，快充技術(shù)的支持必不可少。充電樁的功率目前在60KW到90KW,，未來將發(fā)展到150KW到240KW甚至更高以縮短充電時間,。而電動汽車電源模塊的功率目前在15KW、20KW,、30KW,，未來會發(fā)展到40KW、50KW,、60KW甚至更高,。從目前充電樁市場的狀況來看，有3大趨勢：寬范圍的恒定功率,、寬范圍的輸出電壓,、更高功率的模塊。
電動汽車充電樁電源模塊框圖
典型的電動汽車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實現(xiàn)高功率密度
安森美半導(dǎo)體具有寬廣的超級結(jié)MOSFET(SuperFET)產(chǎn)品陣容,，新一代SuperFET?III較SuperFET?II減小達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，分別針對不同的設(shè)計需求,。
FAST版本用于硬開關(guān)拓撲,，提供高能效和減小Qg和Eoss。EasyDrive版本用于硬/軟開關(guān),，易驅(qū)動,，實現(xiàn)低EMI和電壓尖峰,，優(yōu)化內(nèi)部Rg和電容,。FRFET版本用于軟開關(guān)拓撲，更小的Qrr和Trr實現(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固性及競爭性能
隨著充電樁功率的提升,，由于SiC提供比硅更低的開關(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爭器件更低的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)體為推動電動汽車充電樁創(chuàng)新,，推出第四代場截止(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)最低的開關(guān)損耗Ets和VCE(sat),，各種不同系列涵蓋所有應(yīng)用，同類最佳的性能提供出色的系統(tǒng)能效及可靠性,。
隔離型門極驅(qū)動器
目前在充電樁的設(shè)計中,，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)動能力。
安森美半導(dǎo)體的高壓門極驅(qū)動器具有比競爭器件更低的開通損耗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,。IGBT門極驅(qū)動器在米勒平坦區(qū)提供大電流驅(qū)動，同時提供最低的VOH/VOL,。
除了高壓門極驅(qū)動器,，安森美半導(dǎo)體還提供一系列光隔離門極驅(qū)動器和高速光隔離器，廣泛用于充電樁的信號傳輸電路中,。
電流檢測放大器
電流檢測放大器主要用于充電樁的輸入輸出電流檢測及內(nèi)部拓撲的電流采樣,，提供有助于實現(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)置電阻的電流檢測放大器用于低壓電流檢測,，如NCSx333零漂移運算放大器提供高精度的方案,，NCS200xx低功耗運算放大器提供具性價比的方案。集成內(nèi)部增益設(shè)置電阻的NCS21x零漂移電流檢測放大器,，提供高集成度,、高精度和高能效優(yōu)勢。
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)動器，推動充電樁創(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,、簡化設(shè)計和加速產(chǎn)品上市等方面都具有無可比擬的優(yōu)勢。隨著充電樁功率的提升,，PIM將是發(fā)展趨勢,，實現(xiàn)更高功率密度，先進的封裝提供極佳散熱性,。T640VMOSFET有業(yè)界最低的RDS(on),。PTNG100VMOSFET與競爭器件有相似的RDS(on)，但減少50%的Qrr,。有源鉗位反激控制器用于設(shè)計高能效,、高功率密度的電源。WBG驅(qū)動器可驅(qū)動SiC或氮化鎵(GaN),。
總結(jié)
在政府政策的引導(dǎo)下,，電動汽車市場蓬勃發(fā)展。隨著電動汽車的數(shù)量增長,，充電樁的數(shù)量也隨之迅速增長,。安森美半導(dǎo)體是嶄露頭角的電動汽車/混合動力汽車半導(dǎo)體領(lǐng)袖，并憑借在功率器件和模塊領(lǐng)域的專知,，提供SuperFET?IIIMOSFET,、SiCdiode、IGBT,、隔離型門極驅(qū)動器,、運算放大器、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)計提供強有力支持，并持續(xù)開發(fā)更高功率的方案,，助力實現(xiàn)電動汽車更快充電,、更長的續(xù)航里程。
