分析混合動力電動車設計中大功率器件的應用

3. 快速開關器件也是混合動力電動汽車應用一個十分重要的需求。盡管電機驅動變頻器的典型開關頻率為6 kHz 至10kHz，但DC-DC 轉換器或其他電池充電裝置通常具備更高的頻率范圍（100kHz至200kHz），以提高降壓/升壓轉換器效率，并縮小這些系統中的無源組件（電感器/電容器）的尺寸。不幸的是，基于其雙極器件物理特征，IGBT可在10KHz開關頻率下達到最理想的性能，但在100kHz以上的高頻條件下，需采用特殊的MOSFET、CoolMOS或超結（Super Junction）器件。不過，這些器件都有缺點，例如極高的成本和有限的穩健性等。IR公司的汽車產品組合，提供了以更低的成本和出色的開關性能解決這些問題的替代解決方案。IR公司的汽車用DirectFET，設立了電壓高達250V的快速開關性能的標桿。更高電壓的快速開關產品，需要采用IR公司的專有WARP speed IGBT。相比典型的高壓超結器件而言，WARP speed IGBT可以更出色的性價比實現更高的開關頻率。新一代汽車WARP speed IGBT可滿足100kHz以上的開關頻率要求，因此是混合動力電動汽車的大功率DC-DC 轉換器的理想解決方案。

　　圖4：IR公司的車用柵極驅動，由于采用專有的工藝和設計，因此更加穩健耐用。這些工藝特性和設計可確保生成高負電壓尖峰的大型IGBT的絕對栓鎖控制。
　　4. 具備高抗雪崩能力的MOSFET，是混合動力電動汽車半導體平臺的另一個重要部件。硬開關產品常常需要MOSFET通過進入雪崩模式實現重復開關。在雪崩模式下，電壓基本上會超過擊穿電壓，高度加速的載流子在擊穿電壓水平下，會涌入MOSFET的PN結區。這些高度加速的“熱載流子”通常會逐漸損壞柵極氧化層。經過一段時間或重復多次出現雪崩事件后，MOSFET會出現不可逆轉的損傷。閾值電壓漂移，漏電流逐漸增大，或者有時柵極氧化層斷裂。IR公司的專利MOSFET尤其穩健耐用，可實現可靠的重復雪崩開關。事實證明，這些器件應用于電機驅動等電感負載的硬開關產品時，穩健性。結合無引線鍵合Direct封裝，這些器件可設立開關性能標桿，同時確保出眾的硅片穩健性。
　　5.驅動功率器件的穩健耐用、功能強大的控制IC。為幫助系統設計人員利用所需的控制IC完成整個功率級開發任務，IR公司推出了陣容強大的汽車用驅動IC產品組合。該產品組合適用于廣泛的拓撲結構，可滿足高級換流器、轉換器或電源的系統需求。專有的汽車用高壓和低壓柵極驅動IC，具備非凡的穩健性和自鎖抗擾度。針對電壓小于75V的應用，IR推出了專利智能化功率IC，它們能夠處理的電流，遠遠高于采用尖端BCD工藝制造的模擬混合信號IC。針對電壓范圍為100V 至1200V的應用，也推出了眾多具備業界領先的負瞬態電壓尖峰安全操作區（NTSOA）的高壓結隔離驅動IC產品，如圖4所示。世界一流的驅動IC的故障模式是，經常會因為以很高的電流和電感負載執行半橋開關時產生的高負電壓尖峰而發生栓鎖現象。IR公司推出的車用驅動IC，不僅堅固耐用，而且具備自鎖防護功能，這使它們成為驅動電流密度很高的大型IGBT的理想之選。為滿足高柵極驅動電流需求，還推出了具備高達10A的驅動電流能力的專有緩沖器IC。