【導讀】就在德國紐倫堡PCIM Europe展會的最後一天，Power Integrations（PI）在線上舉辦新品溝通會，PI資深技術培訓經理Jason Yan講解了一個汽車級IGBT/SiC（碳化矽）模塊驅動器係列產品——適用於Infineon EconoDUALTM模塊的SCALETM EV係列柵極驅動板。

他表示，新款驅動器板同樣適用於原裝
、仿製以及其他新的采用SiC的衍生模塊，其應用範圍包括電動汽車、混合動力和燃料電池汽車（包括巴士和卡車）以及建築、采礦和農用設備的大功率汽車和牽引逆變器。

從功能安全說起

先看什麼是功能安全？Jason Yan的解釋是：“不存在由於電氣和電子係統的故障或意外行為引起的危害而導致的不合理風險”，例如動力傳動係統發生故障時，應該讓車輛逐漸停下來，而不是突然鎖死製動使控製失靈；動力轉向故障也不應該導致轉向完全失效

，車輛仍可以通過努力實現轉向。

他ta指zhi出chu，電dian子zi係xi統tong引yin入ru汽qi車che應ying用yong後hou，對dui整zheng車che安an全quan形xing成cheng了le很hen大da影ying響xiang。世shi界jie上shang各ge大da電dian動dong汽qi車che廠chang商shang都dou致zhi力li於yu保bao證zheng功gong能neng安an全quan，使shi電dian動dong汽qi車che有you更geng高gao的de安an全quan性xing和he可ke靠kao性xing，避bi免mian由you於yu電dian氣qi電dian子zi係xi統tong故gu障zhang或huo意yi外wai行xing為wei引yin起qi的de危wei害hai而er導dao致zhi不bu合he理li風feng險xian。功gong能neng安an全quan定ding義yi的de就jiu是shi電dian氣qi電dian子zi係xi統tong引yin起qi的de傷shang害hai風feng險xian等deng級ji。

雖然ISO 26262是一個功能安全標準要求

，並不是強製要求，但具有功能安全的電動汽車一定是安全性更高的。而汽車安全完整性等級（ASIL）是由汽車電子設備安全標準ISO 26262定義的風險分類方案
，旨在確認係統強製故障以良性（安全）方式發生。功能安全通常涵蓋以下車輛係統。

在具體方式上
，可以通過主動放電在緊急情況下保護技術人員
、乘(cheng)客(ke)和(he)應(ying)急(ji)工(gong)作(zuo)人(ren)員(yuan)的(de)安(an)全(quan)。例(li)如(ru)，當(dang)電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)在(zai)高(gao)速(su)公(gong)路(lu)上(shang)遇(yu)到(dao)碰(peng)撞(zhuang)等(deng)緊(jin)急(ji)情(qing)況(kuang)，或(huo)動(dong)力(li)轉(zhuan)向(xiang)出(chu)現(xian)故(gu)障(zhang)時(shi)
，將(jiang)直(zhi)流(liu)母(mu)線(xian)電(dian)容(rong)器(qi)電(dian)壓(ya)放(fang)電(dian)至(zhi)驅(qu)動(dong)係(xi)統(tong)中(zhong)的(de)安(an)全(quan)電(dian)壓(ya)（＜60V安全超低電壓（SELV））

，防止直流總線工作在400-1200V潛在致命電壓；應急電源（EPS）也需要如法炮製。

為此，需要進行有源泄放或主動短路，以及主動放電。這可能需要柵極驅動器提供非正常工況下的驅動信號來產生短路（半橋中的兩個開關都打開）的工作狀態，以提供放電路徑。在正常工作情況下
，不允許上管和下管IGBTqudongqitongshizhixingxiangtongdekaiguancaozuozhiling。erzaizhudongfangdiangongzuoqingkuangxia，keliyongqudongqiduiqudongxinhaojiayitiaozheng，fangzhizaicicaozuoqijianzaochengkaiguanguoreersunhuai。

在(zai)緊(jin)急(ji)情(qing)況(kuang)下(xia)，驅(qu)動(dong)電(dian)機(ji)應(ying)該(gai)用(yong)於(yu)製(zhi)動(dong)而(er)不(bu)是(shi)加(jia)速(su)車(che)輛(liang)。利(li)用(yong)電(dian)機(ji)驅(qu)動(dong)控(kong)製(zhi)改(gai)變(bian)驅(qu)動(dong)繞(rao)組(zu)的(de)定(ding)時(shi)換(huan)向(xiang)時(shi)間(jian)以(yi)對(dui)抗(kang)電(dian)機(ji)的(de)旋(xuan)轉(zhuan)，可(ke)使(shi)電(dian)機(ji)施(shi)加(jia)反(fan)向(xiang)扭(niu)矩(ju)，使(shi)其(qi)停(ting)止(zhi)（利用主動短路功能將電機繞組短路）。

首款唯一通過汽車級認證的柵極驅動板

Jason Yan介紹說，SCALE™ EV是目前市場上首款唯一通過汽車級認證的柵極驅動板，內部集成了兩個增強型柵極驅動通道
、相關供電電源和監控遙測電路。它有助於廠商加快產品研發流程，簡化產品認證時間。SCALE™ EV滿足汽車級認證及ASIL安全要求，包括AEC Q100/101/200、ASIL-B 認證（ISO 26262），適用於ASIL-C/D牽引逆變器設計。

針對標準車規功率模塊，SCALE™ EV同時支持耐壓達1200V的IGBT或SiC MOSFET模塊產品
，適合於電動巴士
、電動卡車
、農用及建築用車輛內部的牽引逆變器
，也可以用於氫燃料電池變換器、電池儲能或其他需要有更高車規認證可靠性要求的應用。

圖(tu)中(zhong)紅(hong)色(se)虛(xu)線(xian)內(nei)是(shi)低(di)壓(ya)部(bu)分(fen)。驅(qu)動(dong)板(ban)大(da)小(xiao)與(yu)模(mo)塊(kuai)的(de)外(wai)形(xing)完(wan)全(quan)契(qi)合(he)，使(shi)得(de)模(mo)塊(kuai)與(yu)模(mo)塊(kuai)間(jian)的(de)間(jian)距(ju)不(bu)受(shou)驅(qu)動(dong)板(ban)大(da)小(xiao)的(de)影(ying)響(xiang)
，適(shi)合(he)於(yu)緊(jin)湊(cou)型(xing)逆(ni)變(bian)器(qi)的(de)設(she)計(ji)。驅(qu)動(dong)板(ban)上(shang)高(gao)壓(ya)與(yu)低(di)壓(ya)之(zhi)間(jian)的(de)絕(jue)緣(yuan)等(deng)級(ji)滿(man)足(zu)加(jia)強(qiang)絕(jue)緣(yuan)要(yao)求(qiu)。

SCALE EV性能詳細解讀

SCALE EV驅動的1200V耐壓模塊適合於400V和800V的母線係統，同時支持碳化矽MOSFET和基於矽的IGBT開關。其設計符合5500米海拔要求，爬電間距足夠寬，且可提供三防漆服務選項，以滿足技術上的潔淨度要求。

Jason Yan表示，新產品在設計上優勢明顯
，具備完善的先進保護功能，集成主動短路、對所連接直流母線電容的主動放電、通過主動柵極軟關斷控製實現過壓限製，以及柵極監測、信號傳輸監測和芯片內溫度監測等診斷功能。

驅qu動dong板ban的de第di一yi個ge功gong能neng是shi給gei開kai關guan提ti供gong驅qu動dong信xin號hao，根gen據ju不bu同tong功gong率lv開kai關guan對dui元yuan器qi件jian的de參can數shu進jin行xing調tiao整zheng達da到dao所suo需xu的de功gong率lv開kai關guan特te性xing，並bing滿man足zu不bu同tong功gong率lv開kai關guan的de故gu障zhang保bao護hu響xiang應ying時shi間jian要yao求qiu。主zhu動dong短duan路lu模mo式shi支zhi持chi功gong能neng安an全quan要yao求qiu，對dui於yuSiC MOSFET開關的短路和過流響應時間小於1微秒
，而IGBT開關的短路和過流響應時間小於3微秒。以上保護特性可以根據使用IGBT和MOS管的不同保護時間進行調整。

驅動板的第二個功能是隔離，搭配的英飛淩的功率模塊耐壓是1200伏fu，還hai有you氫qing燃ran料liao電dian池chi變bian換huan器qi電dian池chi儲chu能neng等deng更geng高gao車che規gui認ren證zheng應ying用yong也ye可ke以yi用yong這zhe樣yang的de組zu合he。汽qi車che級ji認ren證zheng可ke滿man足zu電dian動dong汽qi車che生sheng產chan廠chang家jia直zhi接jie購gou買mai逆ni變bian器qi組zu裝zhuang的de需xu求qiu，特te別bie是shi提ti高gao到dao800伏的電動汽車母線電壓，使用非常方便。

驅qu動dong板ban的de第di三san個ge功gong能neng是shi保bao護hu，因yin為wei功gong率lv開kai關guan的de電dian壓ya比bi較jiao高gao

，流liu過guo的de電dian流liu也ye很hen大da，所suo以yi在zai任ren何he故gu障zhang情qing況kuang下xia都dou必bi須xu盡jin快kuai提ti供gong一yi個ge保bao護hu信xin號hao。器qi件jian的de數shu字zi遙yao測ce端duan口kou可ke提ti供gong故gu障zhang診zhen斷duan及ji故gu障zhang信xin息xi，通tong過guo隔ge離li的deNTC溫度測量、柵極信號翻轉監測，以比特流方式將IGBT退出飽和區的故障情況傳給主控製器，以決定如何處理故障。此外
，利用IGBT對DC母線電容的主動放電可節省50-100個外圍元件。

Jason Yanqiangtiao

，zhisuoyicaiyongsangebanqiaomokuai
，shiyinweiyaobaozhengguzhangderongyutexing。jishiyizuyouwenti，lingwailiangzuhaikeyibaozhengzhiliumuxiandianyanenggoufangdian。nibianqitongchangshiyouduogebanqiaogoucheng，liyongbanqiaozhongshangguanhexiaguantongshikaitongxiefangzhiliumuxiandianya，youzhuyushixianyouxiaodezhudongfangdiangongneng。

SCALE EV板ban的de接jie口kou連lian接jie簡jian單dan可ke靠kao，雙shuang連lian接jie器qi支zhi持chi功gong能neng安an全quan要yao求qiu，兩liang個ge連lian接jie器qi分fen別bie接jie上shang管guan和he下xia管guan驅qu動dong。正zheng常chang工gong作zuo期qi間jian，有you兩liang個ge連lian接jie器qi連lian接jie板ban子zi，即ji使shi一yi個ge上shang管guan連lian接jie器qi斷duan開kai
，下xia管guan還hai可ke以yi繼ji續xu工gong作zuo，而er不bu會hui使shi整zheng個ge半ban橋qiao失shi去qu功gong能neng
，因yin為wei兩liang個ge連lian接jie器qi都dou發fa生sheng故gu障zhang的de概gai率lv很hen小xiao。

PI為SCALE EV提供了全麵的技術支持，包括包括數據手冊、驅動板安裝壓接工具的CAD設計文件
、RDHP-2250Q接口板以及與其相配的PC驅動板調測軟件。

可以為客戶定製

Jason Yan最後說，SCALE EV方案目前隻有一個可用型號——2SP0215F2Q0C，適合通用EconoDUAL™ 模塊。如果客戶有特殊模塊
，比如內部集成碳化矽的功率模塊或其他型號的IGBT模塊或SiC模塊
，也可以根據其特性對開關特性進行調整。甚至可以按照新模塊的尺寸重新設計驅動板。目前的SCALE EV產品將於2022第四季度進入全麵量產。

來源：PSD功率係統設計 ，作者劉洪

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