目前有兩個主要中斷影響車輛的未來 運輸和半導體技術。我們正在擁抱一個新的和令人興奮的 用電力清潔地推動我們的車輛，同時 重新設計支撐電動汽車 （EV） 的半導體材料 子系統可最大限度地提高功率效率，進而提高電動汽車行駛里程。

政府監管機構繼續要求汽車原始設備制造商減少 整體一氧化碳2其車隊的排放，并受到嚴厲處罰 不合規，電動汽車充電基礎設施開始激增 沿著我們的道路和停車區。然而，對于所有這些進步， 主流消費者對電動汽車的采用仍然受到揮之不去的阻礙 擔心電動汽車續航里程限制。

更復雜的是，更大的電動汽車電池尺寸可以延長電動汽車的續航里程 并中和消費者的里程焦慮，同時增加電動汽車 價格——電池占最終車輛成本的25%以上。

幸運的是，同時發生的半導體革命產生了新的 寬帶隙器件，例如碳化硅 （SiC） MOSFET 功率開關 有助于縮小消費者對電動汽車續航里程的期望與原始設備制造商之間的差距 能夠以具有競爭力的成本結構滿足它們。

根據SiC領導者之一的電源平臺經理Anuj Narain的說法。 功率器件，Wolfspeed，“SiC MOSFET，就其自身的優點而言，被廣泛期待 為標準 EV 駕駛循環增加 5% 到 10% 的續航里程，作為 與現有的硅基技術相比。正因為如此，他們是一個 電動汽車傳動系統中下一代牽引逆變器的重要組成部分。如果 與支持組件一起正確利用，其功率效率增益可以 代表了在建立消費者對電動汽車系列的信心方面向前邁出的一大步，并且 幫助加速電動汽車的采用。

圖1.電動汽車中的功率轉換元件。牽引逆變器將高壓電池的直流電壓轉換為交流波形以驅動電機，進而推動汽車。

充分利用碳化硅技術

基于 SiC 的功率開關在功率密度方面的固有優勢 和效率是眾所周知的，對系統冷卻具有關鍵意義 和大小。向 SiC 的演進有望在 800 V/250 kW 下提供 3× 個更小的逆變器， 在配套直流鏈路薄膜上具有額外的顯著尺寸和成本節省 電容器。與傳統硅相比，SiC電源開關可以實現 更好的續航里程和/或更少的電池組，為開關提供有利的成本 從設備級別到系統級別的比較。

圖2.電池到電機信號鏈。為了實現范圍擴展，每個模塊都應設計為最高效率水平。

在這些范圍和成本考慮的交叉點上，牽引逆變器 仍然是旨在進一步釋放電動汽車效率的創新中心 和范圍增益。作為最昂貴和功能上最重要的元素 牽引逆變器中，需要非常精確地控制SiC功率開關 以實現額外交換機成本的全部優勢。

圖3.開啟（左）和關閉（右）時的電壓和電流波形。在碳化硅環境中，dv/dt 將超過 10 V/ns，這意味著切換 800 V DC 電壓不超過 80 ns。以類似的方式，可以觀察到 10 A/ns，即 80 ns 中的 800 A，di/dt 類型。

事實上，SiC開關的所有內在優勢都將被 共模噪聲擾動，以及極高的破壞性 由于超快電壓和電流瞬變（DV/DT 和 DI/DT）在管理不善的電源開關環境中生成。寬 說起來，SiC開關的功能相對簡單，盡管底層 技術 - 它只是一個 3 終端設備 - 但它必須仔細連接到 系統。

進入柵極驅動器

隔離式柵極驅動器將負責設置最佳開關最佳點， 確保通過隔離柵的短而準確的傳播延遲， 同時提供系統和安全隔離，控制電源開關過熱，檢測和防止短路，并促進插入 ASIL D 系統中的子塊驅動/開關功能。

圖4.隔離式柵極驅動器橋接信號世界（控制單元）和電源世界（SiC 開關）。除隔離和信號緩沖外，驅動器還執行遙測、保護和診斷功能，使其成為信號鏈的關鍵元件。

SiC開關引入的高壓擺率瞬變可能會損壞數據 然而，跨越隔離柵的傳輸，因此測量和了解對這些瞬變的敏感性至關重要。我ADI專有的耦合器 該技術已顯示出領先的共模瞬變抗擾度 （CMTI） 測量性能高達 200 V/ns 及更高。這釋放了全部潛力 安全操作下的碳化硅開關時間。?

圖5.20多年來，ADI憑借i耦合器數字隔離IC引領數字隔離技術的進步。該技術由具有厚聚酰亞胺絕緣的變壓器組成。數字隔離器采用晶圓代工CMOS工藝。變壓器是差分的，具有出色的共模瞬態抗擾度。

短路是基于SiC的電源開關面臨的另一個主要挑戰，因為 更小的芯片尺寸和嚴格的熱包絡。柵極驅動器提供 短路保護對電動汽車動力總成的可靠性、安全性和壽命至關重要 周期優化。

高性能柵極驅動器已在實際測試中證明了其價值 與領先的碳化硅MOSFET功率開關供應商合作，如Wolfspeed?？珂I 參數，包括短路檢測時間和總故障清除 時間、性能可分別低至 300 ns 和 800 ns。為 額外的安全和保護，測試結果證明可調 軟關斷功能對于系統平穩運行至關重要。

開關能量和電磁兼容性 （EMC） 同樣可以是 最大化以提高功率性能和 EV 續航里程。更高的驅動能力 允許用戶具有更快的邊沿速率，從而降低開關損耗。 這不僅有助于提高效率，還可以節省電路板空間和成本 通過消除為每個柵極驅動器分配的外部緩沖器的需求，實現節約成本。 相反，在某些情況下，系統可能需要更慢地切換 達到最佳效率，甚至分階段，研究表明可以 進一步提高效率。ADI提供可調壓擺率，允許用戶 為此，移除外部緩沖器消除了進一步的障礙。

系統中的元素

需要注意的是，柵極的綜合價值和性能 驅動器和 SiC 開關解決方案可以通過妥協和/ 或周圍組件效率低下。ADI在電力和領域的傳統 傳感和我們的系統級性能優化方法包括 廣泛的設計考慮因素。

電動汽車的整體視圖揭示了優化駕駛的其他機會 列車功率效率，這對于利用最大可用值至關重要 電池容量，同時確保安全可靠的運行。質量 BMS直接影響電動汽車每次充電的里程數，最大限度地延長電池的整體使用壽命，從而降低總擁有成本（TCO）。

在電源管理方面，能夠在不影響 BOM 成本或 PCB 的情況下克服復雜的電磁干擾 （EMI） 挑戰 足跡 — 變得至關重要。電源效率、熱性能和 封裝仍然是電源層的關鍵考慮因素，無論 該層是用于隔離式柵極驅動器電源電路還是輔助高電平 電壓到低壓直流-直流電路。在所有情況下，中和EMI的能力 對于電動汽車設計師來說，問題更為重要。EMC 是一個關鍵的難點 在切換多個電源時，卓越的EMC可以發揮 在縮短測試周期和降低設計復雜性方面還有很長的路要走， 從而加快上市時間。

更深入地了解支持組件的生態系統，在 磁性傳感催生了新一代非接觸式電流傳感器 無功率損耗，帶寬高，精度高，精度高 以及用于軸端和軸外配置的堅固位置傳感器。那里 是 15 到 30 個電流傳感器，旨在部署在典型 插電式混合動力電動汽車，1帶旋轉和位置傳感器監控牽引電機 功能。對雜散場的檢測精度和魯棒性是衡量和保持電動汽車電源子系統效率的關鍵屬性。

端到端效率

全面審視電動汽車動力傳動系中的所有元素——從電池到 牽引逆變器到支持組件及其他組件——ADI公司看到無數 有機會以提高整體能效的方式改善電動汽車 并延長電動汽車續航里程。數字隔離是眾多重要因素之一 SiC功率開關技術滲透到EV中的部分 牽引逆變器。

同樣，汽車原始設備制造商可以利用多學科方法進行電動汽車優化，以幫助確保所有可用的電源監測和控制設備 正在密切配合，以實現最佳性能和效率。挨次 他們可以幫助克服主流消費者最后剩下的障礙 電動汽車的采用——車輛行駛里程和成本——同時有助于確保更環保 所有人的未來。

審核編輯：郭婷