TI助力電車續(xù)航：年行駛里程可延長多達1600公里

日前德州儀器推出了一款高集成度的功能安全合規(guī)型隔離式柵極驅動器，在設計方案更加安全高效的基礎上，能夠有效延長電動汽車的行駛里程。據(jù)介紹，全新 UCC5880-Q1 增強型隔離式柵極驅動器提供的功能可使電動汽車動力總成工程師能夠在提高功率密度、降低系統(tǒng)設計復雜性和成本的同時實現(xiàn)其安全和性能目標。

隨著電動汽車的不斷普及，續(xù)航問題一直是消費者在電車油車之間選擇的最大糾結點之一。提升續(xù)航能力有很多種方式，例如整車輕量化、提升電池密度、車型設計更符合空氣動力學等等，但作為一家半導體企業(yè)，TI從車輛驅動角度考慮，使用高集成度的驅動器來達到車輛續(xù)航的目的。

TI中國汽車半導體事業(yè)部技術支持經理郭津表示，TI在半導體創(chuàng)新領域有四大目標：第一，幫助用戶更大限度地延長汽車行駛里程；第二，幫助客戶改進電動汽車的充電性能和效率；第三，通過半導體技術的創(chuàng)新和更迭，讓電動汽車變得更加經濟實惠；第四，因為汽車行駛涉及安全問題，TI致力于幫助客戶設計安全可靠的電動汽車。

關鍵的驅動設計

會上TI重點介紹了電驅動應用，也就是牽引逆變器中的驅動技術。下圖是一個三電系統(tǒng)的示意圖，中間的方塊是動力電池，牽引逆變器通常會裝在車尾。

談及可調驅動為什么重要，TI向我們介紹，碳化硅可以實現(xiàn)更高的開關速度，從系統(tǒng)效率的角度來說，開關速度越快，開關損耗越低，效率也就越高；從系統(tǒng)可靠性的角度來說，開關速度越快，可能導致更大的電壓過沖，進而影響模塊可靠性。TI提供的可調驅動功能可以讓用戶實現(xiàn)開關速度和電壓過沖的平衡。

在一次放電周期中，很多時間下電池工作在電量不充足的狀態(tài)，此時，減小開關損耗、提升效率就比較難實現(xiàn)。通過對系統(tǒng)不同工況下的驅動能力調節(jié)，以及每次開關周期中導通和關斷電流能力的調節(jié)。具體來說，在滿電狀態(tài)下，比如超過 80%，系統(tǒng)更關心電壓過沖不能過高，此時可以適當降低驅動能力，讓開關速度變慢，減小電壓過沖。在不滿電狀態(tài)下，比如在 20% - 80% 之間時，電池效率非常關鍵，此時可以適當允許較大的電壓過沖，所以可以提升驅動能力。

四大挑戰(zhàn)逐一擊破

在進行電動汽車高壓電源以及電驅動設計時，TI表示其客戶也有四大目標。第一，客戶希望設計出更高效的牽引逆變器；第二，需要提高功率密度，在輸出相同功率的情況下減小體積，或是在相同體積的情況下輸出更大功率；第三，需要設計出高可靠性的系統(tǒng)，因為牽引逆變器和動力相關，安全可靠非常重要；第四，雖然系統(tǒng)要求不斷提高，但從設計的角度還是需要降低系統(tǒng)復雜度，使用更少的元器件設計出相同功能的系統(tǒng)。

UCC5880-Q1 可以解決以上四個挑戰(zhàn)。使用 UCC5880-Q1 的可調驅動技術，設計人員可以根據(jù)工況提高牽引逆變器的整體效率；產品的高集成度還可以幫助客戶降低設計復雜度，并提高系統(tǒng)功率密度。

市面上，牽引逆變器產品的效率已經達到了90% 以上，繼續(xù)優(yōu)化比較困難，更高壓的設計需求和新半導體器件的使用，會帶來產品結構更迭和散熱限制等挑戰(zhàn)。使用UCC5880-Q1優(yōu)化系統(tǒng)后，TI預估牽引逆變器的運行效率可以提升最大約 2%，從而延長電動汽車行駛里程。舉個例子，如果用戶每周充三次電，每次充電都可以提升 11 公里的行駛里程，一年下來行駛里程可以提升約 1600 公里。

從產品到解決方案

TI 在牽引逆變器領域不僅提供高效可靠的產品，同時還面向系統(tǒng)提供整體解決方案。下圖介紹了 TI 可提供的整體解決方案：在整個牽引逆變器系統(tǒng)中，除了隔離式柵極驅動器，還包括 ASIL-D 的 MCU、C2000? 實時控制器、反激式控制器（可以充當系統(tǒng)的輔助供電），針對分布式輔電等未來趨勢，TI還有全集成式的輔助供電模塊、隔離電壓/電流檢測采樣、隔離電源檢測等。

TI向我們透露，TI也在投資高壓電源技術。在電動汽車中，高電壓技術不只會用在牽引逆變器中，還會用在車載充電器 OBC 和高壓轉低壓的 DC/DC 中。

該技術涵蓋四類主要產品：

• 第一是氮化鎵，TI 生產車規(guī)級氮化鎵，并提供氮化鎵全集成式方案，其驅動、保護和功率部分全都集成在一個封裝里，可以更大限度地實現(xiàn)小體積。

• 第二是隔離式柵極驅動器，除了UCC5880-Q1外，還包括其它同樣用于牽引逆變器的柵極驅動器，以及用于 OBC 和 DC/DC 中的高壓柵極驅動器。

• 第三是搭配使用的輔助供電方案，TI 可以提供隔離式的輔助電源模塊，可以用更小的體積實現(xiàn)更好的性能。第四是 C2000 實時控制器，可以幫助客戶更簡單地設計高壓電源。