江南app官方网站-TI实时可调碳化硅驱动器助力电动汽车续航更上层楼
2023-10-10



在前不久的PCIM 2023上,德州仪器(TI)与Wolfspeed合作,展出了一款800-V, 300kW的基在碳化硅(SiC)的牵引逆变demo。该逆变器的尺寸为 279mm x 291mm x 115mm,整体积为 9.3L,功率密度高达 32.25kW/L,是同类基在硅的逆变器的 2 倍多。具体可参考年夜功率、高机能汽车SiC牵引逆变器参考设计。

该参考集成了TI和Wolfspeed多项进步前辈手艺,此中TI的产物包罗具有及时可变栅极驱动强度的高机能隔离式栅极驱动器、具有集成变压器的隔离式辅助电源和TI的高及时机能MCU,即便在跨越20,000 RPM 的速度下也能节制牵引机电,同时知足功能平安要求。该Demo充实展现了TI在牵引逆变市江南app网站场的完全解决方案。“在全部设计进程中,TI不但供给硬件设计,还供给软件节制。另外,我们做了很是多的测试,用功率模块去驱动感性负载和机电,按照分歧的功耗要求来调理驱动,获得测试数据并优化系统,这些数据还可觉得客户将来的决议计划供给参考。”TI混动汽车/电动汽车部分总司理吴万邦说道。吴万邦暗示,TI正在普遍投资利用在汽车电动化的高压手艺,不只是牵引逆变,还包罗车载充电器OBC和凹凸压DC/DC转换等场景中,首要产物则涵盖了包罗氮化镓、栅极驱动器、辅助电源和及时节制器。吴万邦连系TI最新推出的“具有高级庇护功能的汽车类 20A 隔离式及时可变 IGBT/SiC MOSFET 栅极驱动器”UCC5880-Q1,介绍了栅极驱动器在全部系统小型化、高效化方面的感化。驱动器的感化TI隔离式栅极驱动器产物营业开辟总监Matt Romig将驱动器形象的比作“电子火花塞”。驱动IC经由过程接管逻辑电平电压并发生更高的功率输出,首要感化就是功率放年夜器和电平转换器。对以微节制器为主的数字逻辑节制系统,其I/O引脚输出的PWM旌旗灯号没有足够的电流输出,没法驱动功率器件的开关。是以驱动IC就成了逻辑/节制电路和高功率器件之间的一个桥梁。也正是以,假如将牵引逆变器比作传统燃油车的策动机,碳化硅功率器件就是策动机缸,而驱动则响应的担当起火花塞的责任。像火花塞从镍合金到依铂金的手艺演进一样,驱动手艺也在一向更迭,主要缘由是功率器件产生着转变。跟着以SiC和GaN在内的宽禁带半导体的风行,其相对Si MOSFET的速度更快,耐压更高,可是也更懦弱,是以要求加倍严苛。以下是例举一些SiC驱动的非凡要求• 驱动供电电压包括开通的正压和关断的负压• 共模瞬态抗扰度(CMTI)年夜在100 kV/µs• 最年夜工作绝缘电压可达1700 V• 驱动能力可达10 A• 传输延迟时候和频道不匹配时候小在 10 ns• 自动米勒钳位• 快速短路庇护(SCP)(小在1.8 µs)可见跟着功率器件的复杂度不竭提高,栅极驱动器需要加倍矫捷地驱动各类功率器件,从而知足分歧的系统利用和功率级别。作为驱动范畴的首要供给商之一,在栅极驱动器和机电驱动器等范畴堆集了丰硕的经验,产物一向以来都以矫捷匹配各厂家的功率器件而著称。UCC5880-Q1若何解决四浩劫题吴万邦暗示,TI的半导体立异在电动汽车范畴有四年夜方针,第一,帮忙用户更年夜限度地耽误汽车行驶里程;第二,帮忙客户改良电动汽车的充电机能和效力;第三,经由过程半导体手艺的立异和更迭,让电动汽车变得加倍经济实惠;第四,帮忙客户设计平安靠得住的电动汽车。具体到牵引逆变和高压电源等场景中,市场也有四年夜方针,别离为:第一,客户但愿设计出更高效的牵引逆变器;第二,需要提高功率密度;第三,需要高靠得住性的系统;第四,需要下降系统设计复杂度,利用更少的元器件。TI新推出的UCC5880-Q1可一口吻解决驱动市场的四浩劫题:起首,其集成了久经考验的电容隔离手艺,合适 UL1577 尺度且长达 1 分钟的 5kVRMS 隔离(打算),合适 DIN VDE 0884-11 的加强型隔离 7070VPK:2017-01(打算)。而且CMTI高达100kV/µs,可知足碳化硅等高速开关频率的要求,而且可以优化EMC/EMI。其次,则是集成了浩繁功率晶体管庇护功能,例如基在分流电阻的过流庇护、过热庇护(PTC、NTC 或二极管)和 DESAT 检测,包罗在这些故障时代可选择的软关断或两级软关断。第三,集成了包罗有源米勒钳位,和10 位 ADC,ADC可用在监控多达 2 个摹拟输入,包罗电源开关温度, 驱动器内核温度, DESAT 引脚电 压, VCC2 电压, 相电流, 直流链路电江南app平台压等。最后,也是UCC5880-Q1新撑持的,就是及时可变栅极驱动强度,这一功能实现了真正意义上的智能驱动,进一步改良了牵引逆变器的效力。尽人皆知,牵引逆变系统是电动车首要的功率耗损,是以其效力最能影响整体的续航里程。为了晋升效力,今朝业界已采取了包罗提高母线电压,碳化硅宽禁带半导体等手艺,将效力晋升至江南综合体育90%以上。但吴万邦暗示,继续优化会变得很难,采取及时可变的栅极驱动器,可以将逆变器系统效力晋升最年夜约 2%,“对牵引逆变而言已长短常高的晋升。”吴万邦说道。为何及时可变驱动可以晋升效力高栅极驱动器输出电流可以对 SiC FET 栅极进行快速充放电,从而实现较低的功率消耗。但是,开关行动会在温度、电流和电压规模内产生转变,是以也不克不及无穷制快。SiC FET上电压的快速转换(称为漏源电压 (VDS) 的瞬态电压 (dv/dt))会以传导接地电流情势发生电压过冲和电磁干扰,机电自己也会遭到高 dv/dt的影响。经由过程利用栅极电阻来节制栅极驱动器的输出拉电流和灌电流,有助在优化 dv/dt 和功率消耗之间的衡量,这就是及时可变驱动的主要意义。“我们供给的可调驱动功能可让用户实现开关速度和电压过冲的均衡。”吴万邦说道。“具体而言,在满电至80%电力状况下,系统更关心电压过冲不克不及太高,此时可以恰当下降驱动能力,闪开关速度变慢,减小电压过冲。而电量在20% - 80%之间时,要加倍存眷电池效力,此时可以恰当答应较年夜的电压过冲。”

分歧驱动强度下,开关消耗和电压过冲的示意图

在“若何经由过程及时可变栅极驱动强度更年夜限度地提高 SiC 牵引逆变器的效力”一文中,给出了UCC5880-Q1在分歧驱动强度下的双脉冲测试 (DPT)的现实数值,证实客户可以按照系统寄生效应和噪声节制方针,在过冲、dv/dt 和开关消耗之间进行衡量。同时,文章中还介绍了TI利用全球同一轻型汽车测试法式 (WLPT) 和现实驾驶计程速度和加快度进行建模注解,SiC 功率级效力晋升可高达 2%,相当在每块电池增添 11 千米的行驶里程,假如以用户每周三次充电计较,一年下来行驶里程可以晋升约 1600 千米,极年夜增添了电动汽车的续航里程。吴万邦认为,可编程的矫捷驱动手艺可以助力动力系统的OTA功能。“好比把行驶中和高压相干的数据做收集与上传,例如电压、电流、功率、驱动电流档位等。在这个根本上,车企可以获得不计其数的用户数据,并按照用户的驾驶习惯做参数优化和软件进级。”其他立异除驱动以外,吴万邦还介绍了TI新推出的隔离偏置电源UCC14141-Q1,其具有超卓的转换效力,而且隔离手艺可以无需反激电源经常使用的外部变压器或其他电源模块。经由过程可调隔离式栅极驱动器与隔离式偏置电源设计相连系,可显著减小PCB 尺寸,使 PCB 面积缩小为本来的二分之一以下,高度小在 4mm,并消弭了 30 多个分立元件,从而提高了系统的功率密度。

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