英飞凌车载充电器及直流变换器解决方案(2014研讨会)

英飞凌车载充电器及直流直流变换器解决方案2014年8月电动汽车中的功率变换器1.主逆变器2.直流直流变换器3.电池管理单元4.车载充电器5.辅助逆变器Page22014-08-08StrictlyConfidentialforPowerManagementRoadshow2014目录车载充电器(OBC)汽车直流直流变换器(高压低压)高压CoolMOSTMCFDA系列产品组合Page32014-08-08StrictlyConfidentialforPowerManagementRoadshow2014车载变换器(OBC)Page42014-08-08StrictlyConfidentialforPowerManagementRoadshow2014变换器的架构Infra-structure230Vac系统的车载充电器的功率等级3,5kW单相11kW三相限于重量和尺寸，较少有大于11kW的充电器方案车与基础设施间采用了标准的交流保险丝和连接器Page52014-08-08StrictlyConfidentialforPowerManagementRoadshow2014车载充电器的价值点尺寸和重量输入符合全球范围的通用性具有单相/三相输入的灵活性内在的安全概念Page62014-08-08StrictlyConfidentialforPowerManagementRoadshow2014特征和性能特征：紧凑型设计Compactdesign可并联无桥交错谐振PFC全桥谐振LLC变换器恒压或者恒流输出的数字控制MCU和CPLD两者来监测安全状态水冷却方式性能：输入电压的范围：85VAC…265VAC最大输入电流有效值:16A市电频率:45-65Hz交流功率因素:标称值0,99@120VAC,0,98@230VAC输出电压范围:200…420VDC最大输出电流:16A输出功率:3.3kW输入与输出间的绝缘电压:2.5kVpk环境温度:-40…+85°C效率:94.5%体积3.6L,重量3.5kgPage72014-08-08StrictlyConfidentialforPowerManagementRoadshow2014车载充电器的拓扑结构交流/直流变换器模块给电池模块进行充电。PFC级:利用MOS管做配置DC/DC级:移相全桥或者LLCubatteryn:1uAC桥式整流PFC级DC/DC级CoolMOSTMCoolMOSTMPage82014-08-08StrictlyConfidentialforPowerManagementRoadshow2014无桥谐振PFC的概念-采用了两相交错器件号作用推荐器件S1..S4谐振PFC开关650VCoolMOSTMCFDAD1..4整流二极管--Page92014-08-08StrictlyConfidentialforPowerManagementRoadshow2014直流直流拓扑:LLC变换器LLC器件号作用推荐器件S1..S4LLC开关650VCoolMOSTMCFDAD1..D4整流二极管600V/650V二极管S1S3S2S4200..420VDCD1..4Page102014-08-08StrictlyConfidentialforPowerManagementRoadshow2014效率测试结果Page112014-08-08StrictlyConfidentialforPowerManagementRoadshow2014车用直流直流变换器(高压到低压)Page122014-08-08StrictlyConfidentialforPowerManagementRoadshow2014电气需求高压到低压直流直流变换器交流发电机:+低成本+现有成熟技术效率(机械&电气)影响内燃机能量传输能力重量直流直流变换器:+重量+效率+不会影响主驱动+能量传输能力成本&复杂性传统汽车混动电动车,插电混动,纯电动Page132014-08-08StrictlyConfidentialforPowerManagementRoadshow2014基于CoolMOSTMCFDA的车用直流直流变换器-特点功率等级:2kW输入电压:160-300V输出电压:13.7V效率:93.5%尺寸:326mm*126mm*52mm面向汽车的设计高效率带同步整流高功率密度低成本的单极设计100kHz的开关频率Page142014-08-08StrictlyConfidentialforPowerManagementRoadshow2014基于CoolMOSTMCFDA的车用直流直流变换器-功能框图Q2Q1Q4Q3Q5,6Q7,8Q9,10Q11,12Page152014-08-08StrictlyConfidentialforPowerManagementRoadshow2014拓扑结构-零电压开关移相全桥电路的工作原理Page162014-08-08StrictlyConfidentialforPowerManagementRoadshow2014关键元器件关键元器件•IPW65R080CFDA(CoolMOSTM)•1ED020I12FA(GateDriver)•IPB180N08S4-02(OptiMOSTM)•2ED020I12FA(GateDriver)Page172014-08-08StrictlyConfidentialforPowerManagementRoadshow2014测试结构-原边高压侧的波形左桥臂的Q1MOSFET管C1:VGS_Q3，C2:VDS_Q3，C3:Itr，C4:VtrC1:VGS_Q1，C2:VDS_Q1，C3:Itr，C4:Vtr右桥臂的Q3MOSFET管左桥臂和右桥臂都有实现零电压开关测试条件:输入电压=275V,输出电压=13.7V,环境温度=25度Page182014-08-08StrictlyConfidentialforPowerManagementRoadshow2014测试结果-低压二次侧的波形C1：变压器原边的电压C2：T5MOSFET的GS电压(低压二次侧)C3：变压器的电流C4：T5MOSFET的DS电压(低压二次侧)Page192014-08-08StrictlyConfidentialforPowerManagementRoadshow2014测试结果-宽负载范围的工作效率测试条件:输入电压=275V,输出电压=13.7V,环境温度=27deg.c输出功率:200~2000WPo/WηPage202014-08-08StrictlyConfidentialforPowerManagementRoadshow2014CoolMOS™CFDA产品组合Page212014-08-08StrictlyConfidentialforPowerManagementRoadshow2014超级结技术的原理传统MOSFET管:外延层占了大于90%的导通损耗漏源极击穿电压直接相关于外延层BVDSS:漏源极击穿电压漏源极电阻*面积超级结-MOSFET:漏源极击穿电压和漏源极电阻*面积的关系可被调整，这通过用p-掺杂来做补偿漏源极电阻*面积的大幅下降，主要受限于工艺窗口Page222014-08-08StrictlyConfidentialforPowerManagementRoadshow2014650VCoolMOS™CFDA特征&好处基本的通用特征650VCoolMOS技术带有快速体二极管AECQ101认证宽范围的通态电阻Rdson和封装易于设计提供了非常低的通态电阻48mOhm@25°CIPW65R048CFDAPage232014-08-08StrictlyConfidentialforPowerManagementRoadshow2014IPW65R080CFDvs.IPW65R080CFDA基于工业650VCoolMOSCFD2技术–CFD2CFDA–IntegratedFastBodyDiode从工业级到汽车级CoolMOS的改变:在整个产品寿命周期，具有长期的可供货性和有限的产品变更基于额外的前端与后端的审查和测试，产品的质量更高根据AECQ101的汽车需求，做了产品的认证；基于工作状况概况，做了产品的认证分析根据汽车的要求，要更全面的产品文档CFDACoolmos符号Page242014-08-08StrictlyConfidentialforPowerManagementRoadshow2014技术特征和CFDA的好处02004006008000100200300400500U[V]t[µs]T=25°C;If=20A;Rg,d=5.6Ohm;Ugs=13VIPW65R080CFDAComp2600V-5051015200.250.30.350.40.450.5Id[A]time[µs]Ids_SPW47N60CFDIds_IPW65R080CFDA676V452V引起EMI的主要原因，是电压和电流的快速开关，即di/dt或dv/dtCFDA的更软的换流，减少了EMI出现的风险，这有助于节省客户在设计阶段的时间和金钱。CFDA在硬换向时，具有有限的电压过冲尖锋，这有助于更高的可靠性和易设计性。更软的换流行为更软的换流行为有限的电压尖锋有限的电压尖锋Page252014-08-08StrictlyConfidentialforPowerManagementRoadshow2014RDS(on)[mΩ]DPAKD²PakTO-220TO-247660mΩIPD65R660CFDAIPB65R660CFDAIPP65R660CFDA420mΩIPD65R420CFDA310mΩIPB65R310CFDAIPP65R310CFDA190mΩIPB65R190CFDAIPP65R190CFDAIPW65R190CFDA150mΩIPB65R150CFDAIPP65R150CFDAIPW65R150CFDA110mΩIPB65R110CFDAIPP65R110CFDAIPW65R110CFDA80mΩIPW65R080CFDA48mΩIPW65R048CFDACoolMOS™CFDA产品组合Page262014-08-08StrictlyConfidentialforPowerManagementRoadshow2014CoolMOS™CFDA的发布新闻稿„GOLIVE“网页产品网页:产品的相关技术支持材料集产品简介产品发布稿产品手册(三页开的CFD,CFD2,CFDA)应用笔记视频Page272014-08-08StrictlyConfidentialforPowerManagementRoadshow2014CoolMOS™CFDA视频位于英飞凌的youtube频道Page282014-08-08StrictlyConfidentialforPowerManagementRoadshow2014结论英飞凌提供了电动汽车的系统解决方案：车载充电器和车用直流直流变换器。英飞凌针对高效率、高功率密度的功率变换器，提供了650V车规高压CoolMOS™CFDA系列产品车规的CoolMOS™CFDA系列产品，其带有快速体二极管，适用于许多拓扑结构，如功率因数校正电路、移相全桥、谐振LLC电路等。Page292014-08-08StrictlyConfidentialforPowerManagementRoadshow20142014-08-08StrictlyConfidentialforPowerManagementRoadshow2014Page30