小米在今年的春季新品釋出會上，正式啟動了其造車計劃，這一訊息輕鬆霸佔了各大社交媒體的熱搜與頭條。家電、消費電子企業的跨界造車的熱潮正在如火如荼地展開，無論是時常左右投資者思考的分析師，還是隻看產品的普通消費者，貼著“燃油車”標籤的企業，在他們面前似乎一下失去了魔力。
傳統燃油汽車更側重對發動機和精密零部件等技術的研發，而圍繞整個電動汽車最大的技術難點就在於電源管理。電源管理一方面牽扯到電動車的續航里程，另外一方面則牽扯到充電時間，這兩方面目前是消費者使用電動汽車最為關切的兩大因素，此外安全的電源管理也是電動汽車相較於傳統燃油車的不同之處。
在電動汽車中，電源系統囊括了DC/DC轉換器、AC/DC變換器和DC/AC逆變器等眾多電源管理相關技術，並且包括IGBT、GaN以及SiC等高功率器件，電壓範圍可覆蓋從5V到最高1200V，這些複雜的電源管理系統，將給半導體廠商帶來巨大的機遇和挑戰。
Power Integrations, Inc（PI）作為一家專注於高壓電源管理的供應商，正在透過包括功率變換IC、大功率門極驅動和整流二級管產品的汽車化升級認證，不斷擴大公司在電動汽車市場應用的銷售規模。正如PI CEO Balu所說：“幾年前，我們開始為汽車市場開發產品，儘管該市場的營收可能仍需幾年時間，但潛在機會是巨大的。高電壓在電動汽車（EVs）中無處不在，不僅在傳動系統中，而且在充電中。在下一代汽車應用當中，電源管理將涵蓋從主電池驅動到許多其它內部的子系統。”
正如Balu所說，目前大部分小型電動汽車的母線電壓是400V左右，中高階電動汽車甚至已經轉向電動巴士所採用的800V及最高925V電壓。採用更高電壓的好處顯而易見，可以使充電速度更快，並且減少損耗、線束及電機更輕。
符合車規標準的產品
相較於消費以及工業系統而言，汽車牽扯到乘客的生命安全，因此需要注重各種安全指標，包括穩定性和可靠性、使用壽命、抗擾性等等一系列指標都較為嚴苛，並且制定了一系列的安規標準，諸如AEC-Q100、AEC-Q101、IEC60664-1等。
在歷經了幾年相關可靠性設計、測試驗證及安全標準認證之後，2020年，PI推出一系列符合汽車標準的產品，包括SCALE-iDriver、InnoSwitch和LinkSwitch等，並將推出更多針對電動汽車的產品。“汽車應用將成為我們重要的組成部分”Balu強調道。
如圖所示，一般而言電動汽車母線電壓包括高壓400V（或800V）的電池系統，以及傳統的12V鉛酸電池，其中鉛酸電池用於傳統的輔助電源、泵、壓縮機、方向盤轉向等供電，而高壓系統則負責向逆變器、電池加熱系統以及透過高壓DC/DC轉換成12V從而為12V母線供電等系統。
PI產品在牽引逆變器中的應用
牽引逆變器作為動力系統，是電動汽車中最重要的組成部分，因此對於安全等級要求非常高。汽車安全標準ISO26262對於的道路車輛的功能安全提出了一系列要求，針對牽引逆變器系統來說，比如當12V供電電源出現故障時，仍然要保證在母線電壓存在的情況下系統能夠生成所必須的12V供電電壓，該供電電壓可以確保汽車的關鍵系統（諸如轉向、剎車等）在可控範圍內，從而保護使用者。這樣就需要電動汽車內部必須具備應急電源系統（EPS），其主要功能就是可以將800V母線直接轉換成12V電壓，從而為動力系統逆變器的控制及驅動IC以及安全控制電子系統供電。而電動汽車的母線電壓範圍在故障期間也可能是非常低的，就需要應急電源能夠在很寬的範圍內維持工作。PI的InnoSwitch3-AQ可支援直接從30-500V高壓母線轉換成12V低壓輸出，從而滿足應急電源的設計要求。
InnoSwitch3-AQ系列IC，將初級、次級和反饋電路同時整合到一個表面貼裝離線式反激開關IC中。所有InnoSwitch IC都集成了750V初級MOSFET、初級側控制器、用於同步整流的次級側控制器，並且透過磁感耦合的FluxLink技術省去了光耦，從而進一步提高器件的可靠性。而透過外加MOSFET的PI的StackFET拓撲技術，應急電源可以在800V或925V的更高母線電壓下工作。這種拓撲不但可以降低初級開關管的電壓應力，還可以在InnoSwitch3-AQ和外加的MOSFET開關管之間分擔散熱，更加適合於電動汽車較高工作環境溫度的要求。
FluxLink採用數字通訊技術，具有較高頻寬，這也使InnoSwitch3的動態響應速度相較於傳統的PWM控制方式更快。其次級側檢測和控制的方案可將輸出精度控制在±3%以內。對於目前電動汽車應用中廣泛採用的初級側穩壓方案，這種輸出精度的保證可以大大縮減方案成本，並提升電源的系統效率。
InnoSwitch3-AQ符合AEC-Q100標準，並且生產過程透過IATF16949認證，從而滿足車規級的嚴苛要求。
針對逆變器驅動，PI提供了SCALE-iDriver 系列門極驅動器IC，可為IGBT、傳統MOSFET和SiC MOSFET等不同的功率開關器件提供隔離驅動以及相應的保護。隔離驅動的耐壓最高可支援8000V的瞬態隔離電壓。爬電間距做到9.5mm，對於汽車中高汙染環境的應用，可大大提高可靠性。門極驅動的最大驅動電流可達8A，完全可以滿足大功率開關的驅動需求。PI每一顆驅動IC都經過了絕緣測試以及區域性放電測試，以確保產品的高可靠性。同樣，PI也將FluxLink 磁感雙向通訊技術引入到驅動器應用中，透過1200V加強隔離技術，可降低訊號傳輸的干擾。SCALE-iDriver利用AROC（高階阻性過壓控制）技術，控制di/dt，降低關斷過壓，從而提高轉換效率。
由於功率器件的關鍵性且價格高昂，SCALE-iDriver具有完善的保護功能可有效防止功率管的損壞，包括高階軟關斷、短路保護以及原方和副方欠壓保護等功能。而針對SiC更高的開關頻率，SCALE-iDriver可以實現更快的短路響應時間，並且針對整合電流檢測/映象功能的SiC，可以直接實現過流關斷。SCALE-iDriver還集成了功率管理和電壓穩壓，透過單電壓輸入即可輸出開關驅動所需的正負電壓，減少了元件數量。
除了上述兩款器件之外，PI還提供了包括車規級LinkSwitch反激開關以及Qspeed二極體等產品，滿足汽車市場的不同需求。
豐富的汽車解決方案
如今，PI的車規級產品可廣泛應用於主高壓DC-DC轉換器、牽引逆變器、電池管理系統、空調和輔助DC-DC轉換器以及車載充電器等領域。
隨著電動汽車續航里程和充電技術的不斷改進，將極大促進電動汽車的普及，這種技術的進步主要將體現在改進電池技術及半導體IC中。針對半導體來說，可以利用寬禁帶半導體技術或者是透過高效率的電源管理器件以及拓撲架構，實現合理的轉化和利用能源，達成更高功率密度。
在2021年兩會上，“碳達峰”“碳中和”被首次寫入政府工作報告。按照規劃路徑，到2060年，純電動汽車的滲透率有望超過70%。面對如此巨大的市場前景，半導體廠商都勢必會加大投入，重拳出擊，搶灘千億汽車半導體市場。PI利用其在高壓、隔離、封裝、可靠性及拓撲等方面的積累，不斷推出符合車規標準的產品，滿足電動汽車全新的體系及架構要求，幫助電力電子相關工程師解決電動汽車電源管理所遇到的挑戰。使其在滿足汽車領域高安全性要求的同時，簡化產品設計並提高轉換效率和密度，從而順應電動汽車的開發需求。
