【導讀】隨著電動汽車的大力發展，對高壓輔助係統如電動壓縮機、電動渦輪增壓
、電動冷卻風扇、電動泵等的需求越來越多。這些高壓執行係統在電動/混動汽車(以下簡稱“xEV”)中取代了傳統的內燃機皮帶驅動係統
，執行著暖通空調、電池冷卻循環、主動懸掛
、發動機冷卻及泵油等功能。

在xEV的高壓輔助電源係統中仍然包含12 V電源網絡，為能驅動大功率負載
，還需添加高壓電源網絡400 V或800 V。有些OEM為了減小布線尺寸，還可能添加有48 V電源網絡。

無論什麼樣的xEV平台，安森美(onsemi)都能提供全麵的高壓輔助係統解決方案，從12 V到800 V，包括各類電壓和電流等級的功率模塊和分立器件，易於擴展各種功率等級
，從數百W到十幾千W，輔以門極驅動器、電流檢測運放
、通用運放和比較器、反激控製器
、DCDC、低壓降穩壓器(以下簡稱“LDO”)
、理想二極管
、CAN/LIN、電感式位置傳感器、E2PROM、其qi它ta的de小xiao信xin號hao分fen立li器qi件jian等deng，覆fu蓋gai整zheng個ge高gao壓ya輔fu助zhu係xi統tong
，一yi站zhan式shi方fang案an和he服fu務wu滿man足zu各ge種zhong不bu同tong的de設she計ji需xu求qiu。在zai整zheng個ge高gao壓ya輔fu助zhu係xi統tong的de應ying用yong中zhong，安an森sen美mei產chan品pin的de物wu料liao單dan(BOM)含量可以達到10~15美金左右，器件類型多達20多種。本文將回顧這些係統級應用，並介紹安森美對應的解決方案和產品及其優勢。

圖1：安森美提供完整的高壓輔助係統解決方案

高壓輔助係統應用概覽

在xEV中
，高壓輔助係統使用逆變器驅動輔助電機
，以取代傳統的皮帶驅動模塊。逆變器的功率及能效直接影響著係統級的性能和能效乃至xEV的續航裏程。逆變器將高壓直流電轉換成3相交流電驅動電機，同時可以通過控製逆變器輸出的電壓
、電流和頻率等來控製電機的速度、加速度和扭矩。一般用於驅動這些電機的逆變器的輸出功耗需求為500 W~10 kW左右，供電電壓為400 V或800 V。為提高係統性能，需要最優化逆變器模塊的損耗及散熱。 此外，高壓輔助電源中還需包含有電壓、電流和溫度監測
、及車載網絡，同時需要考慮到高壓隔離。

圖2：汽車高壓輔助係統應用框圖 (橙色代表安森美可提供的產品)

選用安森美的方案
，在車輛層麵能達到的優勢包括：

●    對係統輸入的反應速度更快，如可以更快地加速到所需的速度、可以實現高粘度液體的扭矩控製

●    可以達到更高的能效，因而在xEV上相同的電池容量就能實現更長的續航裏程

●    ASPM模塊的尺寸相對分立方案要小很多，因此占用較小的車輛空間

●    功率模塊的熱阻相對分立方案也要更小，從而簡化係統的散熱設計，進一步減小整個係統的物理體積 

汽車智能功率模塊

針對400 V和800 V係統，安森美分別有650 V和1200 V的汽車智能功率模塊(以下簡稱“ASPM”)，都符合AQG324車規，電氣上可以根據客戶的功率需求集成多個大電流的IGBT
，布局上非常緊湊以減小整個模塊的寄生電感，還能內置緩衝電路以改善EMI特性，可以選擇合適的Rg優化di/dt和dv/dt，熱阻非常低

，內含隔離層，能實現較高的功率密度，且集成度非常高，內置門極驅動器
、續流二極管，並具有過流關斷
、溫度監測、欠壓保護、故障輸出等保護功能。從整個係統來看
，ASPM具有非常顯著的尺寸優勢，熱性能和電氣性能都優於分立方案，從整個係統成本來說，考慮到PCB
、機械安裝
、質量和性能成本，係統功率越高
，使用ASPM模塊會比分立器件更具成本優勢。

650 V ASPM27有V2和V3兩個版本，分別使用第3代和第4代場截止溝槽技術。V3相對於V2，導通損耗和開關損耗都有所降低。安森美的650 V ASPM涵蓋30 A
、40 A、50 A和60 A的應用，其中60 A的模塊為實現大功率輸出，其覆銅板(以下簡稱“DBC”)材料為AlN，結到外殼的熱阻極低。

1200 V ASPM34的IGBT使用的是NPT trench技術，涵蓋25 A、35 A和50 A的應用。同樣50 A的模塊其DBC材料為AlN

，結到外殼的熱阻非常低。

ASPM27和ASPM34內部門極驅動器的源電流和灌電流能力分別為2 A和4A
，控製頻率可達到50 kHz，內部集成的IGBT具有低導通損耗和開關損耗的特性，能夠為電機控製提供優化的dv/dt和di/dt。內部集成的續流二極管是軟恢複特性
，具有較好的EMI性能。

1. ASPM應用實例：壓縮機尺寸減小

xEV高壓係統中電子壓縮機的功率輸出需達到5 kW甚至是7 kW，由於壓縮機尺寸越來越小
，那麼要求電路板的尺寸也需較小，此外還要求散熱性能好、性價比高。對於400 V係統，可選用安森美的ASPM27，對於800 V係統，可選用安森美的ASPM34。

下麵這兩個圖是PCBA采用三相分立方案和模塊方案的尺寸對比，可以看到使用模塊方案PCBA尺寸可減小80%。

圖3：電子壓縮機采用安森美的ASPM比采用分立方案顯著縮減尺寸

2. ASPM應用實例：變速箱油泵轉向電動油泵
，節省能耗

傳統的變速箱機械式油泵，其動力來源於發動機
，隻要發動機運轉，變速箱油泵就得全時運行，浪費能量。在xEV中切換成電動油泵後就可以選擇性地電機控製

，可更大限度地節省液壓係統能量消耗。

再者，變速箱油在低溫下粘度很高，會造成低溫下啟動電流過大及啟動轉矩過大的問題。因此需要高壓電機驅動油泵，安森美的650 V/50A ASPM27模塊能較好地契合此應用需求。

門極驅動器

1. 單通道

NCV57000和NCV57001是全功能型的隔離型IGBT 門極驅動器
，包含有負壓驅動、desat檢測、軟關斷、門極鉗位、欠壓檢測、故障輸出等功能。其中NCV57000有分開的source和sink輸出引腳，而NCV57001隻有單個輸出引腳。

簡化功能版本的IGBT 門極驅動器，如NCV57080、57090

、57084和57085
，隻包含有門極鉗位或負壓驅動或desat檢測等，還分別有窄體和寬體版本。

非隔離型的IGBT 門極驅動器NCV5700和NCV5702是全功能型的，包含有負壓驅動
、desat檢測

、門極鉗位、欠壓檢測、故障輸出等功能。NCV5701
、5703和5705等是簡化功能版本的非隔離型的IGBT 門極驅動器。

2. 雙通道

對於IGBT，安森美有兩類雙通道的門極驅動器。其中NCV57200和NCV57201是半橋型的，隻有高邊驅動是隔離的，NCV57200內置死區時間。而NCV57252、NCV57255和NCV57540是雙通道型，其中NCV57255是窄體的，NCV57252和NCV57540是寬體的。而NCV57540是14引腳的
，去掉了中間的兩個NC引腳，增加了電氣間隙和爬電距離。

對於MOSFET的雙通道隔離門極驅動器，可以采用NCV51561A/B。對於SiC MOSFET的雙通道隔離門極驅動器，可以采用NCV51561C/D
，具有更高的欠壓保護值。

模擬信號鏈

安森美的模擬信號鏈產品如通用運放、低功耗運放
、精密運放、電流檢測運放和比較器廣泛用於汽車主動安全、自動駕駛、車身
、動力總成
、音頻娛樂和LED照明等應用，為汽車的所有電源和傳感器信號調節提供低功耗和高性能的方案。

其中，高邊電流檢測運放有5個係列，其中NCV21x係列是26 V共模產品，NCV2167x和NCV21671係列是40 V共模產品，NCV7041和NCV703x係列是80 V共(gong)模(mo)產(chan)品(pin)，采(cai)用(yong)零(ling)漂(piao)移(yi)結(jie)構(gou)，能(neng)實(shi)現(xian)非(fei)常(chang)高(gao)的(de)精(jing)度(du)，允(yun)許(xu)電(dian)路(lu)中(zhong)選(xuan)用(yong)盡(jin)可(ke)能(neng)小(xiao)的(de)采(cai)樣(yang)電(dian)阻(zu)，以(yi)降(jiang)低(di)采(cai)樣(yang)電(dian)阻(zu)的(de)損(sun)耗(hao)。零(ling)漂(piao)移(yi)結(jie)構(gou)能(neng)持(chi)續(xu)性(xing)校(xiao)準(zhun)偏(pian)置(zhi)電(dian)壓(ya)，不(bu)僅(jin)能(neng)保(bao)證(zheng)較(jiao)小(xiao)的(de)偏(pian)置(zhi)電(dian)壓(ya)

，還(hai)能(neng)減(jian)小(xiao)偏(pian)置(zhi)電(dian)壓(ya)隨(sui)溫(wen)度(du)和(he)時(shi)間(jian)的(de)變(bian)化(hua)，提(ti)高(gao)產(chan)品(pin)整(zheng)個(ge)生(sheng)命(ming)周(zhou)期(qi)的(de)性(xing)能(neng)。此(ci)外(wai)
，還(hai)能(neng)降(jiang)低(di)采(cai)樣(yang)電(dian)阻(zu)直(zhi)流(liu)電(dian)壓(ya)的(de)低(di)頻(pin)噪(zao)聲(sheng)。

ansenmeidegaobiandianliujianceyunfanghaineibujichenglezengyidianzu，juyoufeichangdidewenduxishu，keyijianxiaozuzhisuiwendudebianhua，yincijinyibutigaolejiancejingdu
，lingwai，haijuyoudidianliuxiaohao
、低壓供電

、軌到軌、非常寬的增益帶寬積、多通道、封裝小等特性。

對於低邊電流檢測
，安森美提供需外置增益電阻的電流檢測運放

，有高精度、高增益帶寬的產品，同時也提供了高性價比的產品。NCVx333係列和NCV2191x係列具有非常小的偏置電壓和偏置電壓漂移，NCV2191x係列同時具有高增益帶寬積。

對於低成本電流檢測運放有NCV2009x、2008x、2006x
、2023x和2007x係列

，其中NCV2023x係列的供電範圍較寬
，偏置電壓也較小。

安森美提供6個係列的低功耗運放：NCV2009x
、2008x
、2006x、2003x、2007x和27x
，消耗電流都不到1 mA。

隔離電源

1. 隔離輔助電源

在逆變器

、輔助逆變器、車載充電器(OBC)
、DCDC中都需要有輔助電源，可以從高壓側取電
，也可以從低壓側取電
，用於生成後級的門極驅動器供電電源、運放/IVN等的供電電源。如果從高壓側取電，一般需求是輸入電壓範圍為250 V~900 V
，在48 V係統中輸入電壓範圍為24 V~54 V，輸出電壓一般為15 V
、20 V或24 V，輸出功耗範圍為15~150 W
，具備2 kV~5 kV的隔離電壓等級，一般使用反激拓撲實現。

如安森美的15 W隔離輔助電源方案SECO-HVDCDC1362-15W-GEVB，輸入電壓範圍為250 V~900 V，輸出電壓為15 V，選用了初級端脈寬調製(PWM)控製器NCV1362作為反激拓撲的控製器，能提供恒定的電壓和電流調節
，主MOS選用了1200 V 160 mohm的SiC MOS，可以降低損耗，提高能效。整個方案物料較少
，成本最優化。當輔助電源還需要驅動額外的負載時，該15 W方案還可以擴展到40 W (SECO-HVDCDC1362-40W-GEVB)。

2. 輔助電源——門極驅動器電源

當前級輔助電源設計好後，門極驅動器的供電電源可由前級輔助電源的輸出電壓產生，範圍一般為6 V~24 V。每路門極驅動器的驅動功率大約為1.5 W，對於驅動SiC MOSFET需要輸出20 V和-5 V，對於驅動IGBT需要輸出15 V和-7.5 V。門極驅動器的供電電源也使用反激拓撲。

如安森美的1.5 W隔離型IGBT 門極驅動器供電電源方案SECO-LVDCDC3064-IGBT-GEVB和1.5 W隔離型SiC門極驅動器供電電源方案輸入電壓範圍為6 V~18 V，輸出電壓分別為15 V、7.5 V/-7.5 V和20 V、5 V/ -5 V

，選用了1.5 A多拓撲的NCV3064作為DCDC控製器。整個方案簡單穩定可靠，外圍器件數量少。

電感式位置傳感

安森美的NCV77320電感式位置傳感器方案，可以通過USB控製，進行靈活的編程和快速驗證，為安全攸關的應用提供所需的精確位置傳感。

總結

xEV的輔助係統逐漸取代了傳統皮帶傳動的機械應用。xEV高壓輔助模塊要求跨功率層級的靈活性
，同時保持係統性能和最小化熱耗費和物理尺寸。安森美提供一站式方案，包括SiC、IGBT、超級結MOSFET、 ASPM

、門極驅動器等，可開發出可擴展的係統，滿足從12 V到800 V的應用需求，這些方案具有高能效、高gao功gong率lv密mi度du和he高gao性xing能neng及ji成cheng本ben優you勢shi，輔fu以yi安an森sen美mei的de銷xiao售shou和he技ji術shu團tuan隊dui支zhi援yuan
，助zhu力li設she計ji人ren員yuan開kai發fa出chu同tong類lei最zui佳jia的de設she計ji。相xiang關guan技ji術shu文wen檔dang
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