混合动力汽车挑战电源芯片与功率器件(2)

相对于传统汽车电源而言，混合动力汽车的电源功率更大，电压更高。“对于电源管理而言，需要管理的对象不是单个电源，而是由电池单元串连和并联之后的大规模电池阵列，由于电池单体在生产的差异性导致给电源管理带来很大的工作负担，需要对每个电池单元的健康状况进行监控和调整。”英飞凌科技(中国)有限公司汽车电子业务部高级市场工程师曹洪宇补充道，“另外在整个系统运行过程中也要很好的处理突发的功率需求和刹车能量回馈带来的冲击。安全＋响应速率就决定了系统的成败。”

由于锂离子电池对过度充电和深度放电非常敏感，在这些情况下它们都有可能燃烧或爆炸。Atmel公司的次级保护器件ATA6871提供了一种特殊的安全策略，监控电池单元的电压和温度，防止锂离子电池发生热失控或爆炸。一旦电池单元发生上述其中一项异常情况，便会通过紧急继动装置予以关断。ATA6871带有无需外部微控制器或软件就能够运行的内建自我测试程序，以及由硬件实现的监控阈值，能够提供安全级别最高的锂离子电池监控功能。即使初级器件被损坏，也可以确保正常的运作。

对锂电池组安全的群体性担忧，促使业界研发更为精密安全的电池检测管理芯片，汽车半导体厂商不断地推出新的电池管理和功率解决方案，力图在确保安全的前提下延长电池的寿命，并降低成本、体积和重量。

挑战二：扫除高压电气系统的障碍

HEV设计的另一个挑战是高电压。传统轿车使用的是12V的电源系统，而轻度、全面及插电式HEV却需要600V到1,200V之间的高电压电子系统，这使设计更具挑战性。

“HEV最重要的革命性改变是动力系统的电气化，它要求大动力的电动引擎，并且必须在比标准12V内燃引擎推动的汽车更高的电压下运行。另外，HEV的电池和能源管理是基于12V和一个数百伏的高电压电池的双电网，以及对汽车领域来说属于崭新设计的DC/DC转换器和功率管理方案。”国际整流器公司(IR)汽车产品副总裁及总经理HenningM.Hauenstein博士指出：

HEV的汽车结构需要使用高电压。因此，功率管理IC必须承受典型600V的电压水平，在一些大马力的HEV型号中更可能要承受高达1,200V的电压。IR有为轻型混合动力汽车提供先进的电机驱动解决方案，而那些在10-15kW范围的动力系统电机，通常会使用拥有600V能力的产品。至于全混合动力和插电式混合动力汽车，以及那些电机高达，甚至超出100kW的电动汽车，IR有高达1,200V的开关和驱动IC供应。

相关的功率IC除了需要高达600V到1,200V的高电压能力外，也需要驱动逆变器和DC/DC转换器中前所未见的电流密度的开关。

功率IC要面对这样的高功率、高电压以及高能源，就要以坚固耐用、可靠性和安全作为主要的条件。Hauenstein博士表示，“IR非常重视电机驱动IC的保护功能，例如它们在HEV牵引电机出现严重故障和短路时，免除了微型控制器的互动需要。我们是业界率先为负电压尖峰免疫性引入安全操作区指标的公司，因为这个问题在HEV逆变器中，开关高电流、高电压IGBT时十分常见。”

IGBT位于逆变器中，为混合系统的电机提供能量。英飞凌IGBT技术可为HEV动力系统带来诸多优势。沟槽场终止技术可降低传导损耗和开关损耗，同时可使尺寸缩小30%。英飞凌结合沟道场终止IGBT(绝缘栅双极晶体管)技术和Emcon二极管技术进行开发的HybridPACK1功率模块用于轻度混合动力汽车；HybridPACK2则完全混合动力汽车应用。

几年前，汽车中的功率器件大多数都是55V到60V的MOSFET，主要用于汽车的动力传动系统。现在的汽车则采用20V到600V的功率器件。对于动力转向及制动这类应用，开发工程师正在寻找具有低导通阻抗的高性能低压沟道型MOSFET，以降低汽车的功耗。

IR由体积最小的HEV，也就是所谓微型混合动力汽车开始，为它们的启动/停止功能提供极为耐用的MOSFET。启动/停止功能让汽车在交通灯前停车或者下山时自动停止内燃引擎操作，而相关的制动能量便可以补充给电池。频繁的引擎发动，使起动器或者集成式起动发电机要求非常耐用的功率管理方案，这是因为当你以车匙发动汽车时，普通的起动器只会发动引擎一次，但集成式起动发电机则要在频繁的启动/停止周期中应付高得多的功率。IR的AUIRS2003S是一款高功率MOSFET驱动器，并备有高、低侧参考输出通道，适用于恶劣的汽车环境及引擎罩下的应用。这款输出驱动器具有高脉冲电流缓冲级，可将驱动器跨导降至最低，而浮动通道可在最高200V的高侧配置中驱动一个N沟道功率MOSFET。该器件还提供低静态电流，可为高侧电路带来低成本自举电源。(责任编辑：admin)