在電動(dòng)汽車向 800V 高壓平臺(tái)加速邁進(jìn)的當(dāng)下，高效、安全的高壓轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)成為行業(yè)突破的關(guān)鍵。日前，PI（Power Integrations）宣布推出五款面向 800V 電動(dòng)汽車應(yīng)用的全新參考設(shè)計(jì)，為這一難題提供了創(chuàng)新解決方案，這些參考設(shè)計(jì)基于該公司最新推出的1700V寬爬電距離InnoSwitch 3-AQ反激式開關(guān)IC實(shí)現(xiàn)。

這些設(shè)計(jì)覆蓋16W至120W功率范圍，采用繞線式或平面變壓器，適用于汽車DC-DC母線變換、逆變器應(yīng)急電源、電池管理及輔助系統(tǒng)供電等場(chǎng)景。其支持的多路輸出以及超薄變壓器等特性，高度契合當(dāng)前汽車行業(yè)的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。

PI資深FAE王曉戈指出，燃油車時(shí)代采用12V低壓電子電氣架構(gòu)，而新能源車時(shí)代轉(zhuǎn)向以大容量電池為核心的高壓架構(gòu)。這一轉(zhuǎn)變雖為電源拓?fù)湓O(shè)計(jì)帶來挑戰(zhàn)，卻為專注高壓電源轉(zhuǎn)換的PI創(chuàng)造了新機(jī)遇。

PI有哪些機(jī)會(huì)？

PI 憑借自身高壓技術(shù)優(yōu)勢(shì)，在多個(gè)汽車應(yīng)用場(chǎng)景中找到了新的發(fā)展機(jī)遇，王曉戈給出了具體盤點(diǎn)。

如圖所示，在逆變器應(yīng)用中，PI的產(chǎn)品可應(yīng)用于應(yīng)急電源、牽引逆變器柵極驅(qū)動(dòng)器電源等，另外還包括OBC、轉(zhuǎn)向電源、BMS、12V待機(jī)電源、μDC/DC變換器等等。

其主要作用體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是作為 DC/DC 的應(yīng)急備份輔助電源；二是可直接用于逆變器驅(qū)動(dòng)，省略中間轉(zhuǎn)換步驟，從而提升效率并優(yōu)化系統(tǒng)尺寸和成本。尤其是隨著如今動(dòng)力域的集成化，要求各類電源及控制系統(tǒng)縮小尺寸。PI的高壓方案憑借其高功率密度與緊湊設(shè)計(jì)，可完美適配動(dòng)力域集成化趨勢(shì)。

王曉戈進(jìn)一步指出，虛擬電池概念的興起為PI產(chǎn)品提供了新場(chǎng)景——通過替代傳統(tǒng)12V電池，可釋放車內(nèi)空間并減輕重量。

“隨著新能源汽車向高電壓平臺(tái)（400V/800V）演進(jìn)，電源管理正在面臨三大核心需求。首先是高壓隔離與效率的平衡：電池電壓提升至千伏級(jí)，需通過DC/DC變換實(shí)現(xiàn)高壓到低壓（如12V/48V）的高效隔離供電。其次，是功能安全冗余的需求，要求系統(tǒng)在主電源故障時(shí)仍能維持關(guān)鍵功能（如緊急制動(dòng)、轉(zhuǎn)向控制），需要設(shè)計(jì)冗余的電源架構(gòu)。第三則是小型化與高功率密度的要求，整車平臺(tái)對(duì)空間利用率要求越來越嚴(yán)苛，電源模塊也不例外，需要在有限體積內(nèi)實(shí)現(xiàn)更高功率輸出。”PI的王曉戈表示。

根據(jù)用戶需求而定

王曉戈強(qiáng)調(diào)，PI此次推出的參考設(shè)計(jì)均基于客戶服務(wù)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合了大多數(shù)客戶的實(shí)際開發(fā)需求。“PI的電源方案在系統(tǒng)中并非核心，以應(yīng)急電源為例，其在逆變器中僅起輔助或備用作用。因此，研發(fā)工程師不愿投入過多資源與精力進(jìn)行設(shè)計(jì)，而參考方案能加速產(chǎn)品開發(fā)，節(jié)省工程師精力。”他說道。

“隨著汽車更新?lián)Q代周期越來越快，整個(gè)開發(fā)過程沒有任何的容錯(cuò)空間，PI希望通過完整的方案，確保客戶在第一版設(shè)計(jì)時(shí)就是最優(yōu)化的，不會(huì)因?yàn)閷?duì)產(chǎn)品不熟悉而造成工程風(fēng)險(xiǎn)。”王曉戈說道。

同時(shí)，參考設(shè)計(jì)只是一個(gè)參考，客戶可以根據(jù)自身情況進(jìn)行微調(diào)或更復(fù)雜的定制化。由于產(chǎn)品完全是Pin-to-Pin兼容，客戶無需重新布板即可直接替換。

值得一提的是PI的參考設(shè)計(jì)套件(RDK)和設(shè)計(jì)范例報(bào)告(DER)，PI的參考方案指南提供了包括實(shí)物圖、BOM表、原理圖、電氣特性曲線、PCB布局圖及測(cè)試評(píng)估報(bào)告，可直接用于工程落地。

多路輸出的靈活方案

為滿足多樣化需求，PI的參考設(shè)計(jì)在靈活性與兼容性上進(jìn)行了針對(duì)性優(yōu)化，具體體現(xiàn)為：

• RDK-994Q— 35W超薄型牽引逆變器門極驅(qū)動(dòng)或應(yīng)急電源，輸入電壓為40-1000V DC、輸出電壓為24V；

• DER-1030Q— 20W四路輸出電源，其中一路輸出為24.75V的應(yīng)急電源(EPS)，三路輸出為25.5V的門極驅(qū)動(dòng)電源；

• DER-1045Q— 16W四路輸出電源，其中一路為14V應(yīng)急電源(EPS)輸出，三路分別有+18V/-5V輸出電壓的門極驅(qū)動(dòng)輸出。

王曉戈列舉了每個(gè)參考設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)。

其中超薄單路35W電源，可以單路實(shí)現(xiàn)24V輸出，并支持后續(xù)二級(jí)變換的靈活擴(kuò)展。

PI 還提供兩種多路輸出參考設(shè)計(jì)，集成柵極驅(qū)動(dòng)電源和應(yīng)急電源，有效簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)。分為不共地的三路高壓隔離，以及共地的三路輸出。通過不同的電壓輸出模式，可以滿足不同的逆變器驅(qū)動(dòng)選型。其中共模電感的去耦柵極驅(qū)動(dòng)輸出，可以使用單個(gè)繞組，從而進(jìn)一步簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)潔緊湊。

新穎的平面變壓器參考設(shè)計(jì)

平面變壓器正在汽車上開始普及，其可以實(shí)現(xiàn)超小體積及厚度，同時(shí)由于重心更低且質(zhì)量更輕，抗振性能較好，此外相比傳統(tǒng)繞線式變壓器的一致性更高。

不過平面變壓器的概念確實(shí)較新，要兼顧轉(zhuǎn)換性能和絕緣性能，有一定的開發(fā)門檻。PI也專門提供了設(shè)計(jì)工具，支持變壓器的設(shè)計(jì)和調(diào)整。

針對(duì)平面變壓器的應(yīng)用，PI開發(fā)了兩款參考設(shè)計(jì)，分別為：

• RDK-1039Q — 采用平面變壓器的18W電源，用于牽引逆變器門極驅(qū)動(dòng)器或應(yīng)急電源；

• RDK-1054Q — 采用平面變壓器的120W電源，設(shè)計(jì)用于縮小或消除笨重的12V電池；

高性能的秘密

新推出的五款產(chǎn)品都是基于PI 內(nèi)置1700V SiC的InnoSwitch3-AQ，從而實(shí)現(xiàn)了更強(qiáng)大的耐壓特性，使得其輕松支持1000V的母線電壓。

另外，最新的InnoSwitch3-AQ采用了最新的InSOP-28G封裝，具有5.1mm的寬漏源極引腳爬電距離，可滿足高壓應(yīng)用對(duì)增強(qiáng)安全性和可靠性的迫切需求。該封裝提供了足夠的隔離，無需噴涂三防漆，從而節(jié)省制造工藝步驟和相關(guān)的認(rèn)證工作。“功能與原來一樣，只是引腳做了一些微調(diào)，不影響原理圖設(shè)計(jì)，可以方便客戶移植到新平臺(tái)。”王曉戈表示。

InnoSwitch3-AQ 是PI的高集成準(zhǔn)諧振反激式開關(guān)IC，通過直接感測(cè)輸出電壓，借助 FluxLink 磁感耦合技術(shù)（一種通過磁場(chǎng)感應(yīng)實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸?shù)南冗M(jìn)技術(shù)），快速將信息反饋至初級(jí)側(cè)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)調(diào)節(jié)。該IC還采用了同步整流、波谷開通的斷續(xù)/連續(xù)導(dǎo)通模式(DCM/CCM)反激控制器，可提供超過91%的效率，從而通過消除散熱器節(jié)省空間。由于功率管、驅(qū)動(dòng)以及主控都集成在同一封裝中，縮短了傳輸距離，以實(shí)現(xiàn)最小的分布雜感。

另外，該器件可以在漏極電壓低至30V的情況下啟動(dòng)，無需外部啟動(dòng)電路，這對(duì)功能安全至關(guān)重要。其他保護(hù)功能包括輸入欠壓保護(hù)、輸出過壓保護(hù)和過流限制。王曉戈補(bǔ)充道，PI的集成方案可以直接利用功率管做電流檢測(cè)，可以進(jìn)一步節(jié)省PCB空間。在傳統(tǒng)反激控制中，需要在主功率管區(qū)串聯(lián)限流電阻實(shí)現(xiàn)功率保護(hù)。

王曉戈強(qiáng)調(diào)，PI的InnoSwitch3-AQ的高集成特性，可以使系統(tǒng)組件數(shù)量減少 50%，從而更小巧緊湊，更安全可靠。

InnoSwitch3-AQ系列通過集成750 V、900 V及1700 V的不同開關(guān)，方便客戶根據(jù)實(shí)際電壓和功率需求選擇不同方案，并支持快速移植。

總結(jié)

PI 的參考設(shè)計(jì)為工程師提供了完備的技術(shù)支持，從實(shí)物圖、原理圖到詳細(xì)的測(cè)試評(píng)估結(jié)果一應(yīng)俱全，極大地降低了開發(fā)門檻，加速了產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到落地的進(jìn)程。

隨著汽車電動(dòng)化、智能化發(fā)展，新能源汽車對(duì)電源管理系統(tǒng)的性能、可靠性及集成度需求不斷升級(jí)。PI 推出的五款 800V 電動(dòng)汽車參考設(shè)計(jì)，精準(zhǔn)契合了高壓隔離與效率平衡、功能安全冗余設(shè)計(jì)、小型化高功率密度等行業(yè)核心需求。這不僅得益于性能卓越的 InnoSwitch3 - AQ，更離不開其在與客戶長(zhǎng)期合作過程中積累的深厚行業(yè)經(jīng)驗(yàn)與技術(shù)沉淀。

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