【導讀】目(mu)前(qian)有(you)兩(liang)大(da)因(yin)素(su)影(ying)響(xiang)著(zhe)車(che)輛(liang)運(yun)輸(shu)和(he)半(ban)導(dao)體(ti)技(ji)術(shu)的(de)未(wei)來(lai)。行(xing)業(ye)正(zheng)在(zai)擁(yong)抱(bao)令(ling)人(ren)振(zhen)奮(fen)的(de)新(xin)方(fang)法(fa)，即(ji)以(yi)清(qing)潔(jie)的(de)電(dian)力(li)驅(qu)動(dong)我(wo)們(men)的(de)汽(qi)車(che)


，同(tong)時(shi)重(zhong)新(xin)設(she)計(ji)支(zhi)撐(cheng)電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)(EV)子係統的半導體材料，以最大程度地提高功效比
，進而增加電動汽車的行駛裏程。

政府監管機構繼續要求汽車OEM減jian少shao其qi車che係xi的de整zheng體ti二er氧yang化hua碳tan排pai放fang量liang，對dui違wei規gui行xing為wei給gei予yu嚴yan厲li處chu罰fa，同tong時shi開kai始shi沿yan著zhe道dao路lu和he停ting車che區qu域yu增zeng設she電dian動dong汽qi車che充chong電dian基ji礎chu設she施shi。但dan是shi

，盡jin管guan取qu得de了le這zhe些xie進jin展zhan

，主zhu流liu消xiao費fei者zhe仍reng然ran對dui電dian動dong汽qi車che的de行xing駛shi裏li程cheng存cun有you疑yi慮lv，使shi電dian動dong汽qi車che的de推tui廣guang受shou到dao阻zu力li。

更複雜的是
，大尺寸的電動汽車電池雖然可以增加其行駛裏程，緩解消費者關於行駛裏程的焦慮
，但它會令電動汽車的價格上漲——電池成本在整車成本中的占比超過25%。

幸運的是，同時期的半導體技術革命催生了新的寬帶隙器件，例如碳化矽(SiC) MOSFET功率開關
，使得消費者對電動汽車行駛裏程的期望與OEM在成本架構下實際可實現裏程之間的差距得以縮小。

Wolfspeed SiC功率器件領導者之一
，功率平台經理Anuj Narain表示，"與現有的矽基技術相比，SiC MOSFET憑借其自身的優勢，被廣泛認為可以為標準電動汽車的駕駛周期增加5%至10%的續航裏程。"基ji於yu此ci

，它ta們men是shi電dian動dong汽qi車che傳chuan動dong係xi統tong中zhong新xin一yi代dai牽qian引yin逆ni變bian器qi的de重zhong要yao組zu成cheng部bu分fen。如ru果guo與yu配pei套tao器qi件jian一yi起qi進jin行xing適shi當dang開kai發fa，其qi能neng效xiao提ti升sheng將jiang代dai表biao著zhe消xiao費fei者zhe對dui電dian動dong汽qi車che領ling域yu信xin心xin的de大da幅fu增zeng加jia，並bing有you助zhu於yu加jia快kuai電dian動dong汽qi車che的de普pu及ji。

圖1. 電動汽車中的功率轉換部件。電機逆變器將高壓電池的直流電壓轉換成交流波形來驅動電機，驅動汽車前進。

充分利用SiC技術

眾所周知
，基於SiC的功率開關本身在功率密度和效率方麵具有優勢
，這對於係統散熱和減小器件尺寸都有重要意義。采用SiC有望使逆變器尺寸在800 V/250 kW時縮小3倍，如果配合使用直流環節薄膜電容

，則能進一步減小尺寸和節省成本。與傳統的矽功率開關相比，SiC功率開關可以幫助實現更出色的行駛裏程和/或更小的電池尺寸

，使得開關成本在器件級別和係統級別都更具優勢。

圖2. 電池至電機信號鏈。為了增加行駛裏程，每個模塊都應設計為可提供最高能效。

在zai同tong時shi考kao慮lv行xing駛shi裏li程cheng和he成cheng本ben因yin素su時shi，仍reng然ran需xu要yao以yi電dian機ji逆ni變bian器qi為wei焦jiao點dian不bu斷duan創chuang新xin，旨zhi在zai進jin一yi步bu提ti高gao電dian動dong汽qi車che的de效xiao率lv和he行xing駛shi裏li程cheng。作zuo為wei電dian機ji逆ni變bian器qi中zhong價jia格ge最zui昂ang貴gui、功能最重要的元件，SiC功率開關需要接受精準控製，以充分發揮額外的開關成本的價值。

圖3. 開啟（左）和關閉（右）時的電壓和電流波形。在SiC環境中
，dv/dt將超過10 V/ns，這意味著開關800 V直流電壓的時間不會超過80 ns。同樣，di/dt為10 A/ns時，意味著在80 ns內電流為800 A，從中可以觀察到di/dt的變化。

事實上，SiC開關的所有固有優勢都會被共模噪聲幹擾，以及被管理不善的功率開關環境中的超快電壓和電流瞬變（dv/dt和di/dt）導致的極高和破壞性的電壓過衝影響。一般來說，拋開底層技術不談，SiC開關的功能相對簡單，它隻是一個3端器件
，但必須小心連接至係統。

關於柵極驅動器

gelishizhajiqudongqidezuoyongguanxidaogonglvkaiguandezuijiakaiguandian
，quebaotongguogelizhashixianduanerzhunquedechuanboyanchi
，tongshitigongxitongheanquangeli，bimiangonglvkaiguanguore
，jiancehefangzhiduanlu，bingcushizaiASIL D係統中插入子模塊驅動/開關功能。

圖4. 隔離式柵極驅動器橋接了信號世界（控製單元）和功率世界（SiC開關）。除了隔離和信號驅動，該驅動器還執行遙測
、保護和診斷功能，使其成為信號鏈的關鍵元件。

但是，SiC開關導致的高擺率瞬態會破壞跨越隔離柵的數據傳輸
，所以測量和了解對這些瞬變的敏感性至關重要。ADI專有的 iCoupler®技術具有出色的共模瞬變抗擾度(CMTI)
，測量性能高達200 V/ns及以上。在安全操作環境中，這可以充分釋放SiC開關時間的潛力。

圖5. 20多年來

，ADI一直走在數字隔離技術發展的前沿，推出了iCoupler®數字隔離IC。該技術采用帶有厚聚酰亞胺絕緣層的變壓器。數字隔離器采用晶圓CMOS工藝。變壓器采用差分架構，具有出色的共模瞬變抗擾度。

考慮到較小的裸片尺寸和嚴格的熱封裝，短路是基於SiC的電源開關的另一個主要挑戰。柵極驅動器為電動汽車傳動係統的可靠性
、安全性和生命周期優化提供了必要的短路保護。

在Wolfspeed等領先的SiC MOSFET功gong率lv開kai關guan提ti供gong商shang的de實shi際ji測ce試shi中zhong
，高gao性xing能neng柵zha極ji驅qu動dong器qi已yi證zheng實shi了le自zi身shen的de價jia值zhi。對dui於yu關guan鍵jian參can數shu性xing能neng，例li如ru短duan路lu檢jian測ce時shi間jian和he總zong故gu障zhang清qing除chu時shi間jian

，可ke分fen別bie低di至zhi300 ns和800 ns。為了提高安全性和保護等級，測試結果表明
，可調的軟關斷能力對係統能否平穩運行至關重要。

同樣，可以最大程度提高開關能量和電磁兼容性(EMC)，yizuidaxiandutigaogonglvxingnenghediandongqichedexingshilicheng。qudongnengligenggaoshi
，yonghukeyihuodegengkuaidebianyuansulv
，congerjiangdikaiguansunhao。zhebujinyouzhuyutigaoxiaolv
，erqiewuxuweimeigezhajiqudongqifenpeiwaibuhuanchongqi，congerjieshengledianlubankongjianhechengben。xiangfan
，zaimouxietiaojianxia，xitongkenengxuyaojiangdikaiguansudulaishixianchusedexiaolv
，shenzhixuyaofenjikaiguan，yanjiubiaomingyishangkeyijinyibutigaoxiaolv。ADI提供可調壓擺率，允許用戶進行此操作，去除外部緩衝器則進一步減少了阻礙。

係統要素

需要注意的是
，柵極驅動器和SiC開關解決方案的綜合價值和性能可能完全被周圍組件的妥協和/或低效抵消。ADI在功率控製和傳感方麵的經驗和我們係統級的性能優化方法相結合，可以涵蓋多種設計考量。

從(cong)整(zheng)體(ti)角(jiao)度(du)來(lai)看(kan)，電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)顯(xian)露(lu)了(le)優(you)化(hua)傳(chuan)動(dong)係(xi)統(tong)功(gong)率(lv)效(xiao)率(lv)的(de)額(e)外(wai)機(ji)會(hui)，這(zhe)對(dui)於(yu)在(zai)確(que)保(bao)安(an)全(quan)可(ke)靠(kao)運(yun)行(xing)的(de)同(tong)時(shi)最(zui)大(da)限(xian)度(du)利(li)用(yong)電(dian)池(chi)可(ke)用(yong)容(rong)量(liang)來(lai)說(shuo)至(zhi)關(guan)重(zhong)要(yao)。電(dian)池(chi)管(guan)理(li)係(xi)統(tong)的(de)品(pin)質(zhi)直(zhi)接(jie)影(ying)響(xiang)電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)每(mei)次(ci)充(chong)電(dian)所(suo)能(neng)行(xing)駛(shi)的(de)裏(li)程(cheng)數(shu)。優(you)質(zhi)的(de)電(dian)池(chi)管(guan)理(li)係(xi)統(tong)能(neng)夠(gou)最(zui)大(da)限(xian)度(du)地(di)延(yan)長(chang)電(dian)池(chi)的(de)整(zheng)體(ti)使(shi)用(yong)壽(shou)命(ming)，從(cong)而(er)降(jiang)低(di)總(zong)擁(yong)有(you)成(cheng)本(ben)(TCO)。

就功率管理而言，能夠在不降低BOM成本或減小PCB尺寸的情況下克服複雜的電磁幹擾問題(EMI)將變得至關重要。無論是隔離式柵極驅動器的供電電路，還是高壓至低壓DC-DC電路，高功效比、rexingnenghefengzhuangrengranshigonglvyudeguanjiankaolvyinsu。zaisuoyouqingkuangxia，nengfouxiaochudianciganraoduidiandongqicheshejirenyuaneryanjiweizhongyao。shejidaokaiguanduogedianyuanshi
，dianciganraoshiyigefeichangguanjiandetongdian，ruguoEMC性能出色，則非常有助於減少測試周期和降低設計複雜性，從而加快上市速度。

如果深入研究支持部件的生態係統，會發現電磁傳感技術的進步推動產生了新一代無接觸電流傳感器，該傳感器能夠提供高帶寬
、gaojingdu，erqiewugonglvsunhao，ciwai，haituidongchanshenglejingmiqiekekaodeweizhichuanganqi，shiyongyuzhouduanhezhouwaibuzhi。dianxingdechadianshihunhedonglidiandongqichezhongbushu15到30個ge電dian流liu傳chuan感gan器qi，並bing采cai用yong旋xuan轉zhuan和he位wei置zhi傳chuan感gan器qi來lai監jian測ce牽qian引yin電dian機ji。在zai幹gan擾rao電dian磁ci場chang下xia的de精jing度du和he可ke靠kao性xing是shi跨kua電dian動dong汽qi車che功gong率lv係xi統tong測ce量liang和he保bao持chi性xing能neng的de重zhong要yao屬shu性xing。

端到端效率

從電池到電機逆變器
，再到支持組件等，從整體來看電動汽車傳動係統的所有元件，ADI發現了無數改進電動汽車的機會
，可以提升其整體能效，還能增加電動汽車行駛裏程。隨著SiC功率開關技術滲透到電動汽車電機逆變器中，數字隔離已成為其中一個重要的組成部分。

同樣
，汽車OEMkeyiliyongduoxuekefangfalaiyouhuadiandongqiche
，yiquebaosuoyoukeyongdegonglvjiancehekongzhiqijianmiqiepeihe
，yizuidaxiandutishengxingnenghexiaolv。tongshi，tamenkeyibangzhuxiaochuzhuliuxiaofeizhegoumaidiandongqichedezuihouyigezhangai，jixingshilichenghechengben，tongshibangzhudazaogenghuanbaodeweilai。

參考電路 

¹ Richard Dixon。“未來汽車使用的MEMS傳感器。”第4屆年度汽車傳感器和電子峰會
，2019年2月。

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