電子發(fā)燒友網報道（文/莫婷婷）隨著傳統(tǒng)汽車向新能源汽車升級，與電源管理相關的應用迎來全面升級，特別是汽車向 800V 高壓平臺推進的過程中，對高壓轉換設計迎來了新的需求。為了解決上述需求，PI（Power Integrations）推出五款面向800V汽車應用的全新參考設計，這些參考設計基于該公司的1700V InnoSwitch?3-AQ反激式開關IC實現。

從12V到800V：解讀電動汽車高壓化背后的電源革命難題

與新能源汽車相比，傳統(tǒng)燃油汽車跟電源管理相關應用的電壓等級相對比較低的，例如乘用車上通常采用的12V低壓鉛酸電池。所以車上絕大部分的電源轉換都是基于12V的低壓電子電氣架構。

但在進入新能源汽車時代后，電子電氣架構轉向400V、800V高壓平臺，又如比亞迪發(fā)布了兆瓦閃充電池，最高充電電壓1000V，華為等企業(yè)也在跟進相關技術。PI資深FAE王曉戈指出要實現這樣的快速充電，電池包的母線需要達到更高的電壓，就對高壓轉低壓的DC/DC變換器性能提出了更高要求，這也對電源設計帶來了更多挑戰(zhàn)。

PI專注于高效、高可靠性電源解決方案的研發(fā)與創(chuàng)新，其DC/DC變換器在汽車領域可以用到應急電源、牽引逆變器柵極驅動器電源、BMS、OBC、12V待機電源、μDC/DC變換器、動力轉向等不同的應用領域，可以實現傳統(tǒng)DC/DC控制器架構不能實現的性能特點，由此滿足車上不同的供電需求。


在與客戶交流的過程中，PI發(fā)現針對高壓平臺客戶正在尋求更加集成化、高效化和智能化的電源解決方案，不少客戶對于電源提出了新的需求。

例如應急電源的新需求，12V電池是低壓母線的主要供電來源，但在一些特殊情況下，12V電池電壓會驟降甚至完全掉電，引發(fā)整車控制系統(tǒng)關鍵功能失效，此時需要有應急電源可以及時做補充，保障緊急停車轉向、制動、車身穩(wěn)定控制等關鍵系統(tǒng)的正常工作。這就可以通過高壓電池配合DC/DC，將高壓直流電轉換為12V低壓直流電持續(xù)供電，提升整車的可靠性和安全性。

動力轉向方面也有新的需求，特別是在主動懸架系統(tǒng)等應用中，為了滿足系統(tǒng)的大電流需求，需要把傳統(tǒng)的24V、48V供電切換到高壓供電，實現小體積且更高功率輸出供電架構。

PI關注到一個新的概念正在行業(yè)內被反復提起：μDC/DC變換器。它的特征在于，在原有12V電池供電系統(tǒng)中，引入一種高度集成、體積小巧且高效的電源模塊，可以取代部分甚至全部的12V電池供電系統(tǒng)。這一技術的提出，標志著汽車低壓供電架構正在經歷一次重要的革新。

王曉戈提到，“這個概念得到了越來越多客戶的認可，我們有很多基于μDC/DC架構的應用案例已經進入實車設計階段”?？梢云诖?，隨著越來越多領先的汽車制造商將這項技術集成到下一代車型中，未來搭載μDC/DC變換器架構的車型也將逐一量產。

在汽車動力系統(tǒng)升級的過程中，最不能忽視還有集成化。當前有越來越多新能源汽車產業(yè)鏈上的企業(yè)投入創(chuàng)新架構的研發(fā)，例如為了適配新能源汽車800V平臺應用，不少企業(yè)推出了嵌入式功率模塊，將原本獨立封裝的主功率模塊嵌入PCB基板中，這種高度集成的設計方式在減少系統(tǒng)整體體積的同時，實現了更高的轉換效率和更穩(wěn)定的運行表現。這一種技術演進也對配套輔助電源系統(tǒng)提出新的要求，其對應的電源供電方案要在更小的尺寸空間里提供滿足功能需要的供電需求。王曉戈指出。


PI創(chuàng)新平面變壓器方案，實現超薄設計靈活性
PI是如何以創(chuàng)新電源方案應對電動汽車電子電氣架構升級的痛點呢？

在2024年9月，PI正式發(fā)布了在800V新能源汽車架構中廣受歡迎的1700V InnoSwitch3-AQ反激式開關IC產品系列新的InSOP-28封裝，采用1700V碳化硅（SiC）開關技術，無需使用光耦器，且提供了更高的電壓余量（200-300V）。

InnoSwitch3-AQ系列采用了多種技術，具備明顯的效率優(yōu)勢，一是內置同步整流控制器，還采用了PI獨有的Fluxlink?通信；二是寬禁帶初級開關，即使在高VDC下也能保持低開關損耗；三是提供了高效率變頻開關控制方法；四是集成連續(xù)可變的初級電流限流點，降低導通損耗。基于上述技術，InnoSwitch3-AQ系列在所有輸入電壓和負載下均提供一致的高效率，且可提供超過91%的滿載效率。

值得一提的是，PI還優(yōu)化了InnoSwitch3-AQ系列的封裝，采用InSOP-28封裝。王曉戈介紹，InSOP-28封裝增加了高壓引腳與低壓引腳之間的間距（爬電距離），將初級側間距增加至5.1mm，滿足污染等級2的安規(guī)需求。


此次發(fā)布的五款參考設計正是基于InnoSwitch3-AQ反激式開關IC推出，分別為：

RDK-994Q — 35W超薄型牽引逆變器門極驅動或應急電源，輸入電壓為40-1000VDC、輸出電壓為24V；
RDK-1039Q — 采用平面變壓器的18W電源，用于牽引逆變器門極驅動器或應急電源；
RDK-1054Q — 采用平面變壓器的120W電源，設計用于縮小或消除笨重的12V電池；
DER-1030Q — 20W四路輸出電源，其中一路輸出為24.75V的應急電源(EPS)，三路輸出為25.5V的門極驅動電源；
DER-1045Q — 16W四路輸出電源，其中一路為14V應急電源(EPS)輸出，三路分別有+18V/-5V輸出電壓的門極驅動輸出。



王曉戈強調，PI推出的參考設計都是根據客戶反饋以及市場需求進行定義，有些甚至是基于實際量產車案例，PI將它作為一個典型的應用方案讓更多的客戶參考。

其中，RDK-1039Q和RDK-1054Q是PI針對平面變壓器的應用而開發(fā)，實現超扁平設計，支持1000V電壓，具有加強絕緣功能。

當前已有不少采用48V架構的新能源汽車設計大量地采用了平面變壓器的架構做主功率電源，這是因為平面變壓器的能夠實現超小的體積，RDK-1054Q的板高為14.6mm，RDK-1039Q的板高降低至12.5mm；且平面變壓器重心更低、抗沖擊、抗振動性能較好，相較傳統(tǒng)的繞線變壓器的一致性會更好。PI上述產品的推出解決客戶對板高的需求痛點，特別是逆變器領域對抗振動等性能的需求。

圖：RDK-1039Q：采用平面變壓器的超薄應急電源

王曉戈表示，InnoSwitch3-AQ系列和新參考設計支持多種應用場景，且客戶無需對平臺進行較大的改動，就能快速升級到全新的性能。他分享，這也是基于InnoSwitch3-AQ系列帶來的優(yōu)勢，“我們針對pin腳的腳位做了一些微調，雖然pin腳總數增多了，但功能完全保留到跟原來一樣，方便客戶在原有的項目基礎上把它移植到新的平臺?！?br />


小結：
InnoSwitch3-AQ系列可將電源的 BOM 元件數量減少多達 50%；基于這款高集成度 IC 的五款參考設計，憑借創(chuàng)新的碳化硅技術和高效能架構，有效應對800V高壓電動汽車電源系統(tǒng)的升級挑戰(zhàn)。通過采用平面變壓器實現超薄、高集成度設計，滿足客戶對空間、重量與可靠性的嚴苛要求。

可以看到，PI此次推出的800V高壓解決方案以靈活的平臺適配能力和量產級參考設計，助力車企快速實現技術迭代。