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長(zhǎng)續(xù)航電動(dòng)汽車碳化硅功率器件的有效實(shí)施

2076858 2022-11-25 | pdf | 433.41KB | 次下載 | 免費(fèi)

資料介紹

雖然電動(dòng)和混合動(dòng)力電動(dòng)汽車 (EV/HEV) 中的電池受到很多關(guān)注，但工程現(xiàn)實(shí)是用于整體電源管理的子系統(tǒng)——包括基本電機(jī)驅(qū)動(dòng)、車載和外部充電器、電源使用等功能和再生制動(dòng)——對(duì)于提高 EV 性能同樣重要。因此，隨著對(duì) EV 的需求不斷增加，開發(fā)和采用可優(yōu)化 EV 電池使用并延長(zhǎng)車輛行駛里程的改進(jìn)組件得到了極大的重視。雖然電動(dòng)和混合動(dòng)力電動(dòng)汽車 (EV/HEV) 中的電池受到很多關(guān)注，但工程現(xiàn)實(shí)是用于整體電源管理的子系統(tǒng)——包括基本電機(jī)驅(qū)動(dòng)、車載和外部充電器、電源使用等功能和再生制動(dòng)——對(duì)于提高 EV 性能同樣重要。因此，隨著對(duì) EV 的需求不斷增加，開發(fā)和采用可優(yōu)化 EV 電池使用并延長(zhǎng)車輛行駛里程的改進(jìn)組件得到了極大的重視。從作為功率控制器件的標(biāo)準(zhǔn)金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (MOSFET) 到基于碳化硅 (SiC) 襯底和工藝技術(shù)的 FET 的轉(zhuǎn)變代表了朝著提高 EV 的效率和整體系統(tǒng)級(jí)特性邁出的重要一步。然而，SiC 器件需要對(duì)其關(guān)鍵規(guī)格和驅(qū)動(dòng)要求有新的認(rèn)識(shí)，才能充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。從作為功率控制器件的標(biāo)準(zhǔn)金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (MOSFET) 到基于碳化硅 (SiC) 襯底和工藝技術(shù)的 FET 的轉(zhuǎn)變代表了朝著提高 EV 的效率和整體系統(tǒng)級(jí)特性邁出的重要一步。然而，SiC 器件需要對(duì)其關(guān)鍵規(guī)格和驅(qū)動(dòng)要求有新的認(rèn)識(shí)，才能充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。本文概述了 EV 和 HEV 的功率要求，解釋了為什么基于 SiC 的功率器件非常適合此功能，并闡明了它們互補(bǔ)的器件驅(qū)動(dòng)器的功能。在簡(jiǎn)要討論 AEC-Q101 標(biāo)準(zhǔn)對(duì)汽車級(jí)分立器件的影響后，它介紹了本文概述了 EV 和 HEV 的功率要求，解釋了為什么基于 SiC 的功率器件非常適合此功能，并闡明了它們互補(bǔ)的器件驅(qū)動(dòng)器的功能。在簡(jiǎn)要討論 AEC-Q101 標(biāo)準(zhǔn)對(duì)汽車級(jí)分立器件的影響后，它介紹了ROHM SemiconductorROHM Semiconductor的兩款 AEC 級(jí) SiC 功率器件，并強(qiáng)調(diào)了成功設(shè)計(jì)必須考慮的關(guān)鍵特性。的兩款 AEC 級(jí) SiC 功率器件，并強(qiáng)調(diào)了成功設(shè)計(jì)必須考慮的關(guān)鍵特性。為 EV 和 HEV 提供動(dòng)力為 EV 和 HEV 提供動(dòng)力對(duì)所有車輛（內(nèi)燃機(jī) (IC)、EV 和 HEV）的動(dòng)力子系統(tǒng)的需求一直呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，以支持高級(jí)駕駛員輔助系統(tǒng) (ADAS)、電動(dòng)車窗、車門和后視鏡、內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)等功能和連接、雷達(dá)、娛樂系統(tǒng)、GPS 等。對(duì)所有車輛（內(nèi)燃機(jī) (IC)、EV 和 HEV）的動(dòng)力子系統(tǒng)的需求一直呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，以支持高級(jí)駕駛員輔助系統(tǒng) (ADAS)、電動(dòng)車窗、車門和后視鏡、內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)等功能和連接、雷達(dá)、娛樂系統(tǒng)、GPS 等。IC 車輛的主要電源通常是標(biāo)準(zhǔn)的 12 V、100 至 200 安時(shí) (Ah) 鉛酸電池。然而，與 EV 電池的要求相比，這個(gè)功率量是適度的，EV 電池還需要提供“原動(dòng)機(jī)”功率（圖 1）。因此，根據(jù)車輛功能、尺寸和供應(yīng)商，電動(dòng)汽車的電池組容量在 50 到 150 千瓦時(shí) (kWh) 之間，典型電壓為 200 到 300 伏。要進(jìn)行同類比較，請(qǐng)使用以下公式將其轉(zhuǎn)換為 Ah：Ah = (kWh × 1,000)/伏特。IC 車輛的主要電源通常是標(biāo)準(zhǔn)的 12 V、100 至 200 安時(shí) (Ah) 鉛酸電池。然而，與 EV 電池的要求相比，這個(gè)功率量是適度的，EV 電池還需要提供“原動(dòng)機(jī)”功率（圖 1）。因此，根據(jù)車輛功能、尺寸和供應(yīng)商，電動(dòng)汽車的電池組容量在 50 到 150 千瓦時(shí) (kWh) 之間，典型電壓為 200 到 300 伏。要進(jìn)行同類比較，請(qǐng)使用以下公式將其轉(zhuǎn)換為 Ah：Ah = (kWh × 1,000)/伏特。圖 1：EV 中基于電池的電源子系統(tǒng)為牽引電機(jī)和相關(guān)功能以及駕駛員期望的許多現(xiàn)在的標(biāo)準(zhǔn)特性和功能提供電源。（圖片來源：ROHM Semiconductor）圖 1：EV 中基于電池的電源子系統(tǒng)為牽引電機(jī)和相關(guān)功能以及駕駛員期望的許多現(xiàn)在的標(biāo)準(zhǔn)特性和功能提供電源。（圖片來源：ROHM Semiconductor）除了用于內(nèi)部功能和充電的許多較小的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器之外，許多（但不是全部）EV 通過直流 (DC)/AC 轉(zhuǎn)換器使用變頻交流電 (AC) 為其牽引電機(jī)供電。牽引電機(jī)的額定功率范圍從低端車輛的大約 150 馬力 (hp) 到頂級(jí)特斯拉的 500 hp 以上。鑒于一馬力相當(dāng)于大約 750 瓦特 (W)，電機(jī)所需的電流量是巨大的。除了用于內(nèi)部功能和充電的許多較小的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器之外，許多（但不是全部）EV 通過直流 (DC)/AC 轉(zhuǎn)換器使用變頻交流電 (AC) 為其牽引電機(jī)供電。牽引電機(jī)的額定功率范圍從低端車輛的大約 150 馬力 (hp) 到頂級(jí)特斯拉的 500 hp 以上。鑒于一馬力相當(dāng)于大約 750 瓦特 (W)，電機(jī)所需的電流量是巨大的。雖然許多因素決定了電源子系統(tǒng)的整體效率，但其中最重要的是開關(guān)穩(wěn)壓器的性能。它們采用原始電池電量并將其轉(zhuǎn)換為動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)和電池充電所需的電壓/電流。