分析混合动力电动车设计中大功率器件的应用

3. 快速开关器件也是混合动力电动汽车应用一个十分重要的需求。尽管电机驱动变频器的典型开关频率为6 kHz 至10kHz，但DC-DC 转换器或其他电池充电装置通常具备更高的频率范围（100kHz至200kHz），以提高降压/升压转换器效率，并缩小这些系统中的无源组件（电感器/电容器）的尺寸。不幸的是，基于其双极器件物理特征，IGBT可在10KHz开关频率下达到最理想的性能，但在100kHz以上的高频条件下，需采用特殊的MOSFET、CoolMOS或超结（Super Junction）器件。不过，这些器件都有缺点，例如极高的成本和有限的稳健性等。IR公司的汽车产品组合，提供了以更低的成本和出色的开关性能解决这些问题的替代解决方案。IR公司的汽车用DirectFET，设立了电压高达250V的快速开关性能的标杆。更高电压的快速开关产品，需要采用IR公司的专有WARP speed IGBT。相比典型的高压超结器件而言，WARP speed IGBT可以更出色的性价比实现更高的开关频率。新一代汽车WARP speed IGBT可满足100kHz以上的开关频率要求，因此是混合动力电动汽车的大功率DC-DC 转换器的理想解决方案。

　　图4：IR公司的车用栅极驱动，由于采用专有的工艺和设计，因此更加稳健耐用。这些工艺特性和设计可确保生成高负电压尖峰的大型IGBT的绝对栓锁控制。
　　4. 具备高抗雪崩能力的MOSFET，是混合动力电动汽车半导体平台的另一个重要部件。硬开关产品常常需要MOSFET通过进入雪崩模式实现重复开关。在雪崩模式下，电压基本上会超过击穿电压，高度加速的载流子在击穿电压水平下，会涌入MOSFET的PN结区。这些高度加速的“热载流子”通常会逐渐损坏栅极氧化层。经过一段时间或重复多次出现雪崩事件后，MOSFET会出现不可逆转的损伤。阈值电压漂移，漏电流逐渐增大，或者有时栅极氧化层断裂。IR公司的专利MOSFET尤其稳健耐用，可实现可靠的重复雪崩开关。事实证明，这些器件应用于电机驱动等电感负载的硬开关产品时，稳健性。结合无引线键合Direct封装，这些器件可设立开关性能标杆，同时确保出众的硅片稳健性。
　　5.驱动功率器件的稳健耐用、功能强大的控制IC。为帮助系统设计人员利用所需的控制IC完成整个功率级开发任务，IR公司推出了阵容强大的汽车用驱动IC产品组合。该产品组合适用于广泛的拓扑结构，可满足高级换流器、转换器或电源的系统需求。专有的汽车用高压和低压栅极驱动IC，具备非凡的稳健性和自锁抗扰度。针对电压小于75V的应用，IR推出了专利智能化功率IC，它们能够处理的电流，远远高于采用尖端BCD工艺制造的模拟混合信号IC。针对电压范围为100V 至1200V的应用，也推出了众多具备业界领先的负瞬态电压尖峰安全操作区（NTSOA）的高压结隔离驱动IC产品，如图4所示。世界一流的驱动IC的故障模式是，经常会因为以很高的电流和电感负载执行半桥开关时产生的高负电压尖峰而发生栓锁现象。IR公司推出的车用驱动IC，不仅坚固耐用，而且具备自锁防护功能，这使它们成为驱动电流密度很高的大型IGBT的理想之选。为满足高栅极驱动电流需求，还推出了具备高达10A的驱动电流能力的专有缓冲器IC。