PI推出全球首款汽車級(jí)認(rèn)證門極驅(qū)動(dòng)板SCALE EV，2022年第四季度量產(chǎn)

近日，PI（Power Integrations）面向電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力和燃料電池汽車（包括巴士和卡車）以及建筑、采礦和農(nóng)用設(shè)備的大功率汽車和牽引逆變器市場(chǎng)，推出了一款適用于Infineon EconoDUAL模塊的SCALETM EV系列門極驅(qū)動(dòng)板。

SCALE EV板級(jí)門極驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部集成了兩個(gè)增強(qiáng)型門極驅(qū)動(dòng)通道、相關(guān)供電電源和監(jiān)控遙測(cè)電路。新驅(qū)動(dòng)板已通過汽車級(jí)認(rèn)證和ASIL-B認(rèn)證，可實(shí)現(xiàn)ASIL-C牽引逆變器設(shè)計(jì)，適用于ASIL-C/D系統(tǒng)應(yīng)用。第一個(gè)發(fā)布的SCALE EV系列成員是2SP0215F2Q0C，專為EconoDUAL 900A 1200V IGBT半橋模塊而設(shè)計(jì)。

 
圖 | SCALE EV: 雙通道門極驅(qū)動(dòng)器，具有1200V的 加強(qiáng)絕緣強(qiáng)度及先進(jìn)的故障匯報(bào)功能

那么問題來了，為什么采用獲得ASIL-B認(rèn)證的模塊產(chǎn)品可以實(shí)現(xiàn)ASIL-C/D等級(jí)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)呢？PI資深技術(shù)培訓(xùn)經(jīng)理Jason Yan表示：“這是因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)越高，冗余設(shè)計(jì)就越多，故障保護(hù)做得越全面，當(dāng)然成本也就會(huì)相應(yīng)地提高，這意味著我們可以通過整個(gè)系統(tǒng)的保護(hù)機(jī)制來提高系統(tǒng)的ASIL等級(jí)，而非單獨(dú)取決于某個(gè)模塊，所以有時(shí)候下面子系統(tǒng)只達(dá)到ASIL-B，但我們能設(shè)計(jì)出ASIL-C/D等級(jí)的系統(tǒng)。”

舉個(gè)例子，如果我們做一個(gè)達(dá)到ASIL-A等級(jí)的板子，板子上有100個(gè)元器件，那么90%的元器件的單點(diǎn)故障失效都不會(huì)產(chǎn)生致命故障，但要達(dá)到ASIL-B/C/D的時(shí)候可能就要95%、97%、99%的元器件在出現(xiàn)單點(diǎn)故障失效的時(shí)候都不能產(chǎn)生致命失誤。所以當(dāng)要達(dá)到ASIL-D等級(jí)的時(shí)候，100個(gè)元器件中99個(gè)元器件的單點(diǎn)故障都不能出現(xiàn)致命故障的保護(hù)機(jī)制就要非常完善，當(dāng)然成本就會(huì)非常高。為了降低成本，我們?cè)谙到y(tǒng)評(píng)估的時(shí)候，對(duì)于ASIL-D要求下的子系統(tǒng)部件并非都要是ASIL-D等級(jí)的，我們可以通過其他途徑，軟件也好，硬件也好，只要保證ASIL-B子系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)不會(huì)直接反映到系統(tǒng)層面上來就行。所以說滿足ASIL-B認(rèn)證的模塊產(chǎn)品SCALE EV可以完成ASIL-C/D系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。

 
圖 | 驅(qū)動(dòng)器IC具有非常高的集成度

在這塊版中，最能體現(xiàn)PI競(jìng)爭(zhēng)力的就是這兩顆驅(qū)動(dòng)IC，它的集成度是很高的，可使整個(gè)驅(qū)動(dòng)板（包括門極電源）的尺寸大小完全適合于功率模塊，同時(shí)仍能提供符合IEC 60664標(biāo)準(zhǔn)的加強(qiáng)絕緣所需的間距。同時(shí)，該驅(qū)動(dòng)IC采用ASIC封裝，可提供11.4mm的爬電距離和電氣間隙，安全滿足800V汽車系統(tǒng)電壓的要求。

 
圖 | SCALE EV板的接口連接簡(jiǎn)單可靠

此外，系統(tǒng)微控制器的輸入和輸出線路通過兩個(gè)獨(dú)立的板載連接器連接，可以滿足功能安全的要求。每個(gè)通道只需要一個(gè)獨(dú)立的5V供電即可，電路板上會(huì)生成其他所需的隔離輸出電壓。

 
圖 | SCALE EV板主動(dòng)短路(ASC)模式支持功能安全要求

在耐壓方面，SCALE EV門極驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品系列具有1200V的額定耐壓，適用于400V和800V系統(tǒng)，同時(shí)支持碳化硅(SiC) MOSFET和基于硅的IGBT開關(guān)。其設(shè)計(jì)符合5500米海拔要求，并且提供三防漆服務(wù)選項(xiàng)以滿足技術(shù)上的潔凈度要求。新產(chǎn)品在設(shè)計(jì)上優(yōu)勢(shì)明顯，具備完善的保護(hù)措施，集成了主動(dòng)短路、對(duì)所連接直流母線電容的主動(dòng)放電、通過主動(dòng)門極控制實(shí)現(xiàn)過壓限制，以及門極監(jiān)測(cè)、信號(hào)傳輸監(jiān)測(cè)和芯片內(nèi)溫度監(jiān)測(cè)等診斷功能，對(duì)于SiC MOSFET開關(guān)的短路和過流響應(yīng)時(shí)間小于1微秒，而IGBT開關(guān)的短路和過流響應(yīng)時(shí)間小于3微秒。

 
圖 | 基于Infineon EconoDUALTM模塊的2SP02152FQ

值得一提的是，2SP02152FQ的樣品現(xiàn)已開始供貨，2022年第四季度將全面量產(chǎn)。價(jià)格方面，100片用量的每片單價(jià)為200美元。同時(shí)，PI還將提供SCALE EV的相關(guān)技術(shù)支持資料，包括數(shù)據(jù)手冊(cè)、壓接工具的CAD設(shè)計(jì)文件、RDHP-2250Q接口板以及與其相配的PC版調(diào)測(cè)軟件。此外，PI還將提供設(shè)計(jì)服務(wù)，可對(duì)其他特殊的IGBT或SiC芯片的開關(guān)性能進(jìn)行調(diào)整，并根據(jù)新型模塊的外形尺寸定制布局。

當(dāng)然，基于Infineon EconoDUALTM模塊的2SP02152FQ只是PI發(fā)布的第一款汽車級(jí)認(rèn)證門極驅(qū)動(dòng)板，后面如果有客戶有需要，也可定制基于其他廠商的門極驅(qū)動(dòng)板產(chǎn)品，屆時(shí)將增加其他的產(chǎn)品型號(hào)。