混合動力汽車挑戰電源芯片與功率器件

　　由于鋰離子電池對過度充電和深度放電非常敏感，在這些情況下它們都有可能燃燒或爆炸。Atmel公司的次級保護器件ATA6871提供了一種特殊的安全策略，監控電池單元的電壓和溫度，防止鋰離子電池發生熱失控或爆炸。一旦電池單元發生上述其中一項異常情況，便會通過緊急繼動裝置予以關斷。ATA6871帶有無需外部微控制器或軟件就能夠運行的內建自我測試程序，以及由硬件實現的監控閾值，能夠提供安全級別最高的鋰離子電池監控功能。即使初級器件被損壞，也可以確保正常的運作。

　　對鋰電池組安全的群體性擔憂，促使業界研發更為精密安全的電池檢測管理芯片，汽車半導體廠商不斷地推出新的電池管理和功率解決方案，力圖在確保安全的前提下延長電池的壽命，并降低成本、體積和重量。

　　挑戰二：掃除高壓電氣系統的障礙

　　HEV設計的另一個挑戰是高電壓。傳統轎車使用的是12V的電源系統，而輕度、全面及插電式HEV卻需要600V到1,200V之間的高電壓電子系統，這使設計更具挑戰性。

　　“HEV最重要的革命性改變是動力系統的電氣化，它要求大動力的電動引擎，并且必須在比標準12V內燃引擎推動的汽車更高的電壓下運行。另外，HEV的電池和能源管理是基于12V和一個數百伏的高電壓電池的雙電網，以及對汽車領域來說屬于嶄新設計的DC/DC轉換器和功率管理方案。”國際整流器公司(IR)汽車產品副總裁及總經理Henning M. Hauenstein博士指出：

　　HEV的汽車結構需要使用高電壓。因此，功率管理IC必須承受典型600V的電壓水平，在一些大馬力的HEV型號中更可能要承受高達1,200V的電壓。IR有為輕型混合動力汽車提供先進的電機驅動解決方案，而那些在10-15kW范圍的動力系統電機，通常會使用擁有600V能力的產品。至于全混合動力和插電式混合動力汽車，以及那些電機高達，甚至超出100kW的電動汽車，IR有高達1,200V的開關和驅動IC供應。

　　相關的功率IC除了需要高達600V到1,200V的高電壓能力外，也需要驅動逆變器和DC/DC轉換器中前所未見的電流密度的開關。功率IC要面對這樣的高功率、高電壓以及高能源，就要以堅固耐用、可靠性和安全作為主要的條件。Hauenstein博士表示，“IR非常重視電機驅動IC的保護功能，例如它們在HEV牽引電機出現嚴重故障和短路時，免除了微型控制器的互動需要。我們是業界率先為負電壓尖峰免疫性引入安全操作區指標的公司，因為這個問題在HEV逆變器中，開關高電流、高電壓IGBT時十分常見。”

　　IGBT位于逆變器中，為混合系統的電機提供能量。英飛凌IGBT技術可為HEV動力系統帶來諸多優勢。溝槽場終止技術可降低傳導損耗和開關損耗，同時可使尺寸縮小30%。英飛凌結合溝道場終止IGBT(絕緣柵雙極晶體管)技術和Emcon二極管技術進行開發的HybridPACK1功率模塊用于輕度混合動力汽車;HybridPACK2則完全混合動力汽車應用。

　　幾年前，汽車中的功率器件大多數都是55V到60V的MOSFET，主要用于汽車的動力傳動系統?，F在的汽車則采用20V到600V的功率器件。對于動力轉向及制動這類應用，開發工程師正在尋找具有低導通阻抗的高性能低壓溝道型MOSFET，以降低汽車的功耗。

　　IR由體積最小的HEV，也就是所謂微型混合動力汽車開始，為它們的啟動/停止功能提供極為耐用的MOSFET。啟動/停止功能讓汽車在交通燈前停車或者下山時自動停止內燃引擎操作，而相關的制動能量便可以補充給電池。頻繁的引擎發動，使起動器或者集成式起動發電機要求非常耐用的功率管理方案，這是因為當你以車匙發動汽車時，普通的起動器只會發動引擎一次，但集成式起動發電機則要在頻繁的啟動/停止周期中應付高得多的功率。IR的AUIRS2003S是一款高功率MOSFET驅動器，并備有高、低側參考輸出通道，適用于惡劣的汽車環境及引擎罩下的應用。這款輸出驅動器具有高脈沖電流緩沖級，可將驅動器跨導降至最低，而浮動通道可在最高200V的高側配置中驅動一個N溝道功率MOSFET。該器件還提供低靜態電流，可為高側電路帶來低成本自舉電源。