安森美半导体针对混合电动汽车/电动汽车的功能电子化方案

日益严格的能效及环保法规推动汽车功能电子化趋势的不断增强和混合电动汽车/电动汽车(HEV/EV)的日渐普及，这加大了对高能效和高性能的电源和功率半导体器件的需求。安森美半导体作为汽车功能电子化的领袖之一和全球第二大功率分立器件和模块半导体供应商，提供广泛的高能效和高可靠性的系统方案，并采用新型的宽禁带材料如碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)等进行新产品开发，用于汽车功能电子化和HEV/EV应用。

HEV/EV重点应用及方案概览

HEV/EV的重点应用有：车载充电器、电池管理、牵引逆变器、辅助逆变器、48 V皮带启动发电机(BSG)和DC-DC转换器。

典型的HEV/EV高压应用框图如图1所示。交流电源通过车载充电器输出直流电源，由电池管理系统给高压电池充电，同时，高压电池为主逆变器、辅助高压逆变器及高压PTC加热器提供电源，除了以上高压负载以外，HEV/EV汽车还有很多低压负载，需要高压转低压 (HV-LV) 的DC-DC提供电源。

图1：典型的HEV/EV高压应用框图

对于车载充电器，可采用沟槽IGBT分立器件及模块、超级结MOSFET、SiC MOSFET分立器件及模块作为PFC升压开关及DC-DC全桥，同时采用整流器作为输入输出整流桥及PFC升压应用。对于主逆变器，可采用IGBT裸片、SiC MOSFET裸片、分立器件及模块。对于HV-LV DC-DC，可采用沟槽IGBT分立器件及模块、超级结MOSFET、SiC MOSFET分立器件及模块作为全桥，及采用整流器作为输出整流桥。对于辅助逆变器，可采用沟槽IGBT分立器件及模块。对于高压PTC加热器，可采用沟槽和平面IGBT分立器件。对于48 V BSG，可采用中压MOSFET模块。

汽车IGBT分立器件

安森美半导体的IGBT技术处于行业领先地位，已从最早的穿通型(PT)、非穿通型(NPT)发展到了现在的场截止(FS)平面及沟槽工艺。FS IGBT的特性及性能为：低导通和开关损耗;正温度系数便于并联运行;最大结温 : Tj=175degC;紧密的参数分布;大的安全工作区域(SOA)。目前安森美半导体的第三代场截止(FSIII)工艺的产品性能已接近行业顶尖水平，并将于2018年开始研发FSIV工艺。

安森美半导体目前提供的汽车级分立IGBT的电压范围主要是600 V至650 V、电流范围从20 A至160 A，同时提供D2PAK、TO247等多种封装选择。

表1：安森美半导体用于HEV的分立IGBT阵容

除了传统的分立器件和模块，安森美半导体同时提供汽车级裸片，目前公司已量产的IGBT和快恢复二极管(FRD)裸片主要是650 V产品，电流包含160 A、200 A和300 A，同时积极研发750 V和1200 V IGBT和FRD裸片。

安森美半导体提供集成电流检测及温度检测的IGBT裸片。电流检测功能通过测量一个并联的小IGBT的电流，然后乘以一个已知的比例因子来实现，适用于过流、芯片组算法来提高整个温度范围内的电流检测精度。温度检测功能通过测量一串多晶硅二极管的正向电压VF来实现，VF与温度线性相关，用作硅结的精确的温度传感器。

汽车高压整流器

根据不同的应用，整流器可选择更低导通损耗或更低开关损耗的产品，各类产品的主要特点及应用如图2所示。

图2：整流器的技术定位

安森美半导体量产的汽车级高压整流器包括600 V、1000 V和1200 V的产品，电流从4 A至80 A，提供DPAK、TO220和TO247等多种封装选择。

表2：安森美半导体汽车级高压整流器阵容

牵引逆变器功率模块

安森美半导体创新了双面散热汽车高压功率模块，用于牵引逆变器，采用双面可焊接工艺晶圆集成电流及温度检测功能，结合紧凑的布局，从而实现同类产品最佳的热性能及电气性能：降低约40% 热阻，杂散电感低至7nH。其模块化的结构增加功率密度，减小尺寸、重量及成本，实现紧凑的系统设计。通过最佳的沟槽场截止IGBT配合软恢复二极管以提供最佳性能。超低寄生效应的单个裸片实现简化的门极驱动器，额外的表面使其它电子器件如总线电容实现无源散热，精密的传感器用于高速及准确的系统诊断。

该系列模块提供650 V和1200 V电压选择，额定电流400 A至1000 A，满足广泛的功率等级，最多可扩展至6套，用于包括升压转换器的完整混合逆变器动力传输系统，实现最低的系统成本。

其模块化及通用设计实现水平及垂直装配。对于水平安装，电源脚支持螺钉、焊接或焊锡连接，提供多种引脚弯曲选项，信号引脚支持press fit选项。对于垂直安装，提出超紧凑的3D概念，最适用于混合电动汽车及插电混合电动汽车(HEV * PHEV)，集成逆变器、发电机及DC-DC升压器到单个液体冷却系统。