800V高壓平臺上量，PI InnoSwitch?3-AQ如何“拿捏”高壓DC-DC三大痛點？

在新能源汽車領(lǐng)域，高壓DC-DC轉(zhuǎn)換技術(shù)的應(yīng)用場景非常廣泛，涵蓋牽引逆變器柵極驅(qū)動器電源、電池管理系統(tǒng)（BMS）、車載充電裝置（OBC）、12V系統(tǒng)待機電源、μDCDC變換器、動力轉(zhuǎn)向和應(yīng)急電源（EPS）等。

圖 | DC/DC變換器與汽車應(yīng)用的結(jié)合點；來源：Power Integrations

“與傳統(tǒng)燃油車中的12V/24V/48V低壓系統(tǒng)不同，新能源汽車電池包起步就是400V，主流正在切換到800V，而今年大家熱議的比亞迪兆瓦閃充正在進一步推高母線電壓，已經(jīng)達到了1000V的水平。在這樣的新架構(gòu)中，采用高壓轉(zhuǎn)低壓的DC-DC可以實現(xiàn)更好的系統(tǒng)設(shè)計。”Power Integrations資深FAE王曉戈如是說。

事實上，前面提到的這些應(yīng)用場景對電源的性能和規(guī)格要求各異，如動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)需要穩(wěn)定可靠的電源供應(yīng)以保障轉(zhuǎn)向的精準性；車載充電裝置則對電源的轉(zhuǎn)換效率和功率密度有著嚴格要求。結(jié)論是：在800V高壓平臺成為行業(yè)趨勢的背景下，傳統(tǒng)電源方案面臨著耐壓不足、效率低下和體積龐大的三重挑戰(zhàn)。

在此背景下，受下游客戶的需求驅(qū)動，Power Integrations（以下簡稱“PI”）在去年12月推出了寬爬電封裝InnoSwitch?3-AQ反激式開關(guān)IC，并于近日發(fā)布了五款面向800V汽車應(yīng)用的全新參考設(shè)計。

InnoSwitch?3-AQ有何特色？

根據(jù)王曉戈的介紹，其最新推出的InnoSwitch?3-AQ系列采用了1700V碳化硅（SiC）開關(guān)技術(shù)，專為800V高壓平臺設(shè)計。與傳統(tǒng)方案相比，1700V的耐壓等級為系統(tǒng)提供了更高的電壓余量（200-300V），顯著提升了長期工作的可靠性。

圖 | RDK-1054Q的效率表現(xiàn)（RDK-1054Q具體信息見下一章節(jié)）；來源：Power Integrations

此外，在效率方面，InnoSwitch?3-AQ 系列采用了多種先進技術(shù)。同步整流技術(shù)配合單個控制器優(yōu)化同步整流時序，實現(xiàn)了高效的能量轉(zhuǎn)換。Fluxlink 通信技術(shù)、寬禁帶初級SiC開關(guān)以及高效率開關(guān)控制方法的應(yīng)用，使得產(chǎn)品即使在高 VDC 下也能保持低開關(guān)損耗，在整個輸入電壓及負載范圍內(nèi)都能維持恒定的高效率，滿載效率可達91%以上。

圖 | InnoSwitch?3-AQ采用新型寬爬電距離InSOP?-28G封裝；來源：Power Integrations

針對高壓應(yīng)用中的污染等級要求，PI優(yōu)化了封裝設(shè)計——新型寬爬電距離InSOP?-28G封裝，將初級側(cè)引腳間距增至5.1mm。這一改進不僅滿足了高壓絕緣需求（1000VDC），還省去了傳統(tǒng)方案中噴涂三防漆的工藝步驟，簡化了生產(chǎn)流程并降低了成本。

關(guān)于InSOP?-28G封裝增加初級側(cè)引腳間距的方法，王曉戈表示：“PI其實是將源極引腳縮窄，適當(dāng)加寬漏極引腳，經(jīng)過完整的摸排、測試，該種方案不會對源極散熱產(chǎn)生很大的影響，溫升只是稍微提升了2-4°，所以對系統(tǒng)設(shè)計影響不大，但在絕緣層面卻能帶來非常大的好處。”

圖 | InnoSwitch?3-AQ采用平面變壓器；來源：Power Integrations

平面變壓器是PI方案的另一大亮點。與傳統(tǒng)繞線變壓器相比，平面變壓器高度可降至13mm，重量更輕，抗振動性能更優(yōu)。同時，其多層PCB設(shè)計實現(xiàn)了加強絕緣（符合IEC 60664標準），支持1000VDC輸入電壓，為高壓系統(tǒng)提供了緊湊且可靠的解決方案。

五款參考設(shè)計，滿足多場景需求

InnoSwitch3-AQ 和新參考設(shè)計支持多種應(yīng)用場景，為汽車電源系統(tǒng)提供了豐富的選擇。

圖 | 狹小空間，多路輸出；來源：Power Integrations

• RDK-994Q

RDK-994Q是一款35W超緊湊電源，輸入范圍 40-1000VDC，輸出24VDC ，采用扁平分立變壓器設(shè)計，加強絕緣，高度受電容限制，適用于牽引逆變器柵極驅(qū)動或應(yīng)急電源。

• RDK-1039Q

RDK-1039Q 采用平面變壓器，是一款超薄應(yīng)急電源，輸入范圍為30-1000VDC，輸出12VDC，功率18W，板高僅12.5mm。它取代了分立變壓器，具有加強絕緣的特性，高度僅受電容限制，適用于牽引逆變器柵極驅(qū)動或應(yīng)急電源等場景。

• RDK-1054Q

RDK-1054Q可作為替代電池的電源方案，輸入范圍200-900VDC，輸出 12VDC，功率 120W 。該產(chǎn)品元件數(shù)目少，采用平面變壓器，加強絕緣，扁平設(shè)計，高度受電容限制，能有效縮小或消除笨重的 12V 電池，優(yōu)化汽車電源布局。

• DER-1030Q

DER-1030Q是 20W 四路輸出超緊湊電源，輸入范圍 40 - 950VDC ，具有四路輸出，其中其中一路輸出為24.75V的應(yīng)急電源(EPS)，三路為去耦的25.5V的柵極驅(qū)動輸出，適用于牽引逆變器柵極驅(qū)動和應(yīng)急電源。這兩款產(chǎn)品均采用寬爬電距離封裝，加強絕緣，滿足汽車電源在復(fù)雜環(huán)境下的安全穩(wěn)定運行需求。

• DER-1045Q

DER-1045Q為16W四路輸出超緊湊電源，輸入范圍200-1000VDC，同樣具有四路輸出，其中一路為14VDC應(yīng)急電源(EPS)輸出，三路提供基本絕緣的+18VDC/-5VDC輸出電壓的柵極驅(qū)動輸出，適用于牽引逆變器柵極驅(qū)動和應(yīng)急電源。

圖 | InnoSwitch3-AQ和新參考設(shè)計支持多種應(yīng)用場景；來源：Power Integrations

關(guān)于為什么是這五款參考設(shè)計，而非其他規(guī)格。王曉戈解釋道：“如上圖所示，我們提供了多規(guī)格輸入/輸出的產(chǎn)品，這些都是根據(jù)客戶需求去定義的，但確實還沒有覆蓋所有客戶的需求，所以我們給出一些典型輸入/輸出的參考設(shè)計，客戶也可以根據(jù)自己的需求去微調(diào)。比如我們參考設(shè)計中如果輸出12VDC，但客戶想要一個14VDC的輸出，那么都不用去改變變壓器，只需要通過外圍電路微調(diào)電壓反饋即可。”

值得一提的是，PI不僅可為客戶提供參考設(shè)計板，還為其提供了詳細的工程報告，這些資料包含設(shè)計規(guī)格、電路原理圖、PCB 布局、物料清單、變壓器設(shè)計、性能數(shù)據(jù)、波形以及 Gerber 文件等詳細信息。

寫在最后

關(guān)于供貨和相關(guān)資源，PI方面透露，新款1700V額定耐壓的InnoSwitch3-AQ開關(guān)電源IC基于10,000片的訂貨量單價為每片6美元。參考設(shè)計套件的價格從每套50美元到100美元不等。

如果工程師感興趣，可以通過官網(wǎng)獲取參考設(shè)計套件，也可以從PI銷售代表或公司授權(quán)的全球分銷商 – DigiKey、Newark、Mouser和RS Components處獲得更多采購相關(guān)的信息。