TI助力電車?yán)m(xù)航：年行駛里程可延長多達(dá)1600公里

日前德州儀器推出了一款高集成度的功能安全合規(guī)型隔離式柵極驅(qū)動器，在設(shè)計(jì)方案更加安全高效的基礎(chǔ)上，能夠有效延長電動汽車的行駛里程。據(jù)介紹，全新 UCC5880-Q1 增強(qiáng)型隔離式柵極驅(qū)動器提供的功能可使電動汽車動力總成工程師能夠在提高功率密度、降低系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜性和成本的同時(shí)實(shí)現(xiàn)其安全和性能目標(biāo)。

隨著電動汽車的不斷普及，續(xù)航問題一直是消費(fèi)者在電車油車之間選擇的最大糾結(jié)點(diǎn)之一。提升續(xù)航能力有很多種方式，例如整車輕量化、提升電池密度、車型設(shè)計(jì)更符合空氣動力學(xué)等等，但作為一家半導(dǎo)體企業(yè)，TI從車輛驅(qū)動角度考慮，使用高集成度的驅(qū)動器來達(dá)到車輛續(xù)航的目的。

TI中國汽車半導(dǎo)體事業(yè)部技術(shù)支持經(jīng)理郭津表示，TI在半導(dǎo)體創(chuàng)新領(lǐng)域有四大目標(biāo)：第一，幫助用戶更大限度地延長汽車行駛里程；第二，幫助客戶改進(jìn)電動汽車的充電性能和效率；第三，通過半導(dǎo)體技術(shù)的創(chuàng)新和更迭，讓電動汽車變得更加經(jīng)濟(jì)實(shí)惠；第四，因?yàn)槠囆旭偵婕鞍踩珕栴}，TI致力于幫助客戶設(shè)計(jì)安全可靠的電動汽車。

關(guān)鍵的驅(qū)動設(shè)計(jì)

會上TI重點(diǎn)介紹了電驅(qū)動應(yīng)用，也就是牽引逆變器中的驅(qū)動技術(shù)。下圖是一個(gè)三電系統(tǒng)的示意圖，中間的方塊是動力電池，牽引逆變器通常會裝在車尾。

談及可調(diào)驅(qū)動為什么重要，TI向我們介紹，碳化硅可以實(shí)現(xiàn)更高的開關(guān)速度，從系統(tǒng)效率的角度來說，開關(guān)速度越快，開關(guān)損耗越低，效率也就越高；從系統(tǒng)可靠性的角度來說，開關(guān)速度越快，可能導(dǎo)致更大的電壓過沖，進(jìn)而影響模塊可靠性。TI提供的可調(diào)驅(qū)動功能可以讓用戶實(shí)現(xiàn)開關(guān)速度和電壓過沖的平衡。

在一次放電周期中，很多時(shí)間下電池工作在電量不充足的狀態(tài)，此時(shí)，減小開關(guān)損耗、提升效率就比較難實(shí)現(xiàn)。通過對系統(tǒng)不同工況下的驅(qū)動能力調(diào)節(jié)，以及每次開關(guān)周期中導(dǎo)通和關(guān)斷電流能力的調(diào)節(jié)。具體來說，在滿電狀態(tài)下，比如超過 80%，系統(tǒng)更關(guān)心電壓過沖不能過高，此時(shí)可以適當(dāng)降低驅(qū)動能力，讓開關(guān)速度變慢，減小電壓過沖。在不滿電狀態(tài)下，比如在 20% - 80% 之間時(shí)，電池效率非常關(guān)鍵，此時(shí)可以適當(dāng)允許較大的電壓過沖，所以可以提升驅(qū)動能力。

四大挑戰(zhàn)逐一擊破

在進(jìn)行電動汽車高壓電源以及電驅(qū)動設(shè)計(jì)時(shí)，TI表示其客戶也有四大目標(biāo)。第一，客戶希望設(shè)計(jì)出更高效的牽引逆變器；第二，需要提高功率密度，在輸出相同功率的情況下減小體積，或是在相同體積的情況下輸出更大功率；第三，需要設(shè)計(jì)出高可靠性的系統(tǒng)，因?yàn)闋恳孀兤骱蛣恿ο嚓P(guān)，安全可靠非常重要；第四，雖然系統(tǒng)要求不斷提高，但從設(shè)計(jì)的角度還是需要降低系統(tǒng)復(fù)雜度，使用更少的元器件設(shè)計(jì)出相同功能的系統(tǒng)。

UCC5880-Q1 可以解決以上四個(gè)挑戰(zhàn)。使用 UCC5880-Q1 的可調(diào)驅(qū)動技術(shù)，設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)工況提高牽引逆變器的整體效率；產(chǎn)品的高集成度還可以幫助客戶降低設(shè)計(jì)復(fù)雜度，并提高系統(tǒng)功率密度。

市面上，牽引逆變器產(chǎn)品的效率已經(jīng)達(dá)到了90% 以上，繼續(xù)優(yōu)化比較困難，更高壓的設(shè)計(jì)需求和新半導(dǎo)體器件的使用，會帶來產(chǎn)品結(jié)構(gòu)更迭和散熱限制等挑戰(zhàn)。使用UCC5880-Q1優(yōu)化系統(tǒng)后，TI預(yù)估牽引逆變器的運(yùn)行效率可以提升最大約 2%，從而延長電動汽車行駛里程。舉個(gè)例子，如果用戶每周充三次電，每次充電都可以提升 11 公里的行駛里程，一年下來行駛里程可以提升約 1600 公里。

從產(chǎn)品到解決方案

TI 在牽引逆變器領(lǐng)域不僅提供高效可靠的產(chǎn)品，同時(shí)還面向系統(tǒng)提供整體解決方案。下圖介紹了 TI 可提供的整體解決方案：在整個(gè)牽引逆變器系統(tǒng)中，除了隔離式柵極驅(qū)動器，還包括 ASIL-D 的 MCU、C2000? 實(shí)時(shí)控制器、反激式控制器（可以充當(dāng)系統(tǒng)的輔助供電），針對分布式輔電等未來趨勢，TI還有全集成式的輔助供電模塊、隔離電壓/電流檢測采樣、隔離電源檢測等。

TI向我們透露，TI也在投資高壓電源技術(shù)。在電動汽車中，高電壓技術(shù)不只會用在牽引逆變器中，還會用在車載充電器 OBC 和高壓轉(zhuǎn)低壓的 DC/DC 中。

該技術(shù)涵蓋四類主要產(chǎn)品：

• 第一是氮化鎵，TI 生產(chǎn)車規(guī)級氮化鎵，并提供氮化鎵全集成式方案，其驅(qū)動、保護(hù)和功率部分全都集成在一個(gè)封裝里，可以更大限度地實(shí)現(xiàn)小體積。

• 第二是隔離式柵極驅(qū)動器，除了UCC5880-Q1外，還包括其它同樣用于牽引逆變器的柵極驅(qū)動器，以及用于 OBC 和 DC/DC 中的高壓柵極驅(qū)動器。

• 第三是搭配使用的輔助供電方案，TI 可以提供隔離式的輔助電源模塊，可以用更小的體積實(shí)現(xiàn)更好的性能。第四是 C2000 實(shí)時(shí)控制器，可以幫助客戶更簡單地設(shè)計(jì)高壓電源。