La tecnología de aislamiento y controlador NOVOSENSE permite SiC+800V en NEV

Jun 18, 2023

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31 de marzo de 2023, 19:36 CST

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SHANGHÁI, 31 de marzo de 2023 /PRNewswire/ -- En la actualidad, los vehículos emergentes representados por vehículos de nueva energía están reemplazando rápidamente a los vehículos de combustible tradicionales. Aunque los vehículos de nueva energía se están convirtiendo en la elección de más personas, no hay duda de que todavía tienen puntos débiles en la experiencia del consumidor. Una es la experiencia de carga incómoda o la velocidad de carga lenta, y la otra es la ansiedad por el alcance.

Para ampliar el mercado futuro de vehículos de nueva energía, es necesario partir de la perspectiva de la eficiencia de la electrificación, y la tendencia importante actual es utilizar arquitectura eléctrica de 800 V + dispositivos de potencia de SiC, en los que el aislamiento y la tecnología del conductor son indispensables.

Nueva tendencia de electrificación de vehículos

La tendencia de la electrificación de vehículos es desarrollar primero una arquitectura de alto voltaje, aumentando la potencia de carga bajo la condición de aumentar el voltaje de carga y la corriente de carga constante, a fin de lograr el objetivo de conducir 200 kilómetros cargando durante 5 minutos. En la actualidad, algunos modelos de vehículos nacionales y extranjeros han estado utilizando una pila de supercarga, y también se ha aplicado y producido en masa un voltaje de bus de 800 V para muchos modelos. La investigación de mercado muestra que para 2025, se espera que el volumen de ventas de vehículos de nueva energía con arquitectura de alto voltaje de 800 V alcance alrededor de 1 millón de unidades, y la CAGR (tasa de crecimiento anual compuesta) de tres años alcance el 270%; En 2025, se espera que las ventas mundiales de vehículos de nueva energía equipados con arquitectura de 800 V alcancen los 2 millones de unidades.

La segunda tendencia es el uso de dispositivos de potencia de SiC de alto voltaje; su ventaja es que los dispositivos semiconductores de tercera generación presentan alto voltaje, baja pérdida de encendido y apagado, tamaño pequeño y otras ventajas, lo que ayuda a mejorar la eficiencia del accionamiento eléctrico, optimizar el peso del accionamiento eléctrico y aumentar el alcance entre un 10 % y un 15 %. .

Las dos tendencias anteriores plantean requisitos nuevos y más elevados para los circuitos integrados de aislamiento y los circuitos integrados de controlador. En primer lugar, se incrementará en consecuencia el nivel de voltaje de la batería, el motor y los sistemas de control eléctrico (incluidos OBC, DC-DC y BMS) de la plataforma de alto voltaje de 800 V, así como el compresor de aire, el PTC y el controlador eléctrico.

Aislamiento y tecnología de conducción en vehículos de nuevas energías.

En primer lugar, el aislamiento de los vehículos de nueva energía se basa en requisitos de certificación de seguridad para proteger la seguridad personal y de los equipos con un voltaje de batería de 400 V-800 V, y los procesadores y otros dispositivos de corriente débil también requieren un chip de aislamiento para el aislamiento eléctrico del lado de alto voltaje; el segundo es el requisito de terreno común, que requiere el uso de dispositivos de aislamiento para realizar la función de conversión de nivel; el tercero son los requisitos de alta resistencia al ruido para lograr una CMTI (inmunidad transitoria en modo común) más alta y evitar grandes interferencias de ruido, lo que resulta en una mala apertura del tubo de alimentación; en particular, la aplicación de SiC puede hacer que la frecuencia de conmutación aumente, provocando un ruido dv/dt relativamente grande.

La fuga es también uno de los requisitos del cumplimiento de seguridad, que representa la distancia de la superficie del empaque del chip para producir descargas disruptivas o rupturas (marcas). La distancia de fuga común en la batería de alto voltaje, el motor y el sistema de control eléctrico de los vehículos de nueva energía es el dispositivo de aislamiento de 8 mm. Con la actualización de la batería, el motor y el sistema de control eléctrico a un voltaje de 800 V, la distancia de fuga también aumentará.

Además, la gran corriente de salida máxima requiere encender el tubo del interruptor con una corriente mayor para cumplir con el requisito de abrir y cerrar rápidamente el tubo de alimentación. Los vehículos de nueva energía dependen de compresores de aire eléctricos para funcionar, y el motor principal y el PTC también requieren aislamiento eléctrico de alto voltaje.

En la actualidad, existen varias tecnologías de aislamiento convencionales en la industria y NOVOSENSE adopta la tecnología de aislamiento capacitivo basada en un acoplador de capacitancia. En un chip de aislamiento de condensadores, los condensadores de aislamiento están ubicados en dos chips desnudos separados. Dado que adopta una tecnología de aislamiento mejorada superior para el aislamiento eléctrico, se conectan dos placas capacitivas en serie para lograr el aislamiento en una arquitectura mejorada. El medio de aislamiento entre ellos es el dióxido de silicio, que es un tipo de medio de aislamiento con mayor fuerza de aislamiento. El voltaje soportado de cada aislamiento de micras puede alcanzar más de 400 V, que es de 5 a 6 veces el medio de aislamiento (resina epoxi) utilizado por el acoplador óptico. Teóricamente, la rejilla de aislamiento con un espesor de 30 micrones puede alcanzar un voltaje de aislamiento de más de 10 kV. La tensión soportada medida durante 60 segundos también puede alcanzar el nivel de 12 kV. Además, la arquitectura de transmisión diferencial por canal con aislamiento de capacitancia también ayuda a mejorar la supresión de ruido en modo común.

Para la supresión en modo común, se necesita modulación, es decir, una señal de entrada se transmite en un condensador u otro medio mediante modulación. El enfoque predominante suele ser utilizar codificación OOK, que modula una señal de entrada a más de 400 megabytes de portadora y luego la transmite entre condensadores. El esquema de codificación OOK adaptativo patentado está optimizado por NOVOSENSE, lo que mejora aún más la capacidad del aislador para resistir el ruido de modo común. En comparación con los otros dos enfoques, la modulación de codificación OOK tiene la ventaja de una fuerte resistencia a la supresión del modo común.

Los productos NOVOSENSE cuentan con capacidad de aislamiento de tensión soportada de 12 kVrms, rendimiento EMC y sobretensión de > 12 kV y capacidad en ambos lados de ESD > 10 kV. Estos productos han obtenido UL/CUL/VDE/CQC y otras certificaciones de cumplimiento de seguridad convencionales en la industria.

NOVOSENSE proporciona chips de aislamiento digitales y fuentes de alimentación de aislamiento, incluidos muestreadores de aislamiento, controladores de aislamiento, así como algunos productos relacionados con interfaces y dispositivos de aislamiento de grado automotriz, que ahora se encuentran en plena producción en masa.

El semiconductor de tercera generación tiene mayores requisitos para los dispositivos de aislamiento. La frecuencia de conmutación se ha incrementado de 10 kHz de base de silicio a 100 kHz de SiC, y el voltaje de aislamiento se ha aumentado a más de 1000 V.

Además, los requisitos de los dispositivos de SiC en aisladores digitales son una mayor frecuencia de conmutación y una mayor velocidad de transmisión con una capacidad de inhibición de modo común de no menos de 100 kV/microsegundo. Los dispositivos de aislamiento NOVOSENSE pueden alcanzar 150 kV o incluso 200 kV.

En la plataforma de desarrollo de accionamiento eléctrico de nueva generación, CMTI, una amplia oscilación de voltaje de la red, una gran corriente de salida máxima, un rápido tiempo de subida y bajada, una rápida protección contra cortocircuitos y una capacidad de apagado suave son los indicadores clave que se deben considerar al seleccionar un controlador de tubo de alimentación de SiC adecuado. papas fritas.

Soluciones de sistemas y productos NOVOSENSE

En la aplicación del controlador de motor principal del controlador eléctrico NEV, NOVOSENSE tiene controladores de aislamiento producidos en masa, incluido el controlador de aislamiento mejorado con protección inteligente NSi6611 y NSi6651, así como un aislador digital mejorado y un muestreador de aislamiento mejorado.

Además del controlador, proporciona muestreadores de aislamiento de corriente o voltaje del bus NSi1311 y NSi1300 para la batería, el motor y el sistema de control eléctrico con cuotas de mercado relativamente altas.

NSi82xx es el primer producto de aislamiento digital de grado automotriz lanzado por NOVOSENSE. Cubre esquemas de 1 a 6 canales y adopta diferentes paquetes, como cuerpo angosto 8, cuerpo ancho 8 y cuerpo ancho 16, incluidos dispositivos de aislamiento de cuerpo ultraancho que coinciden con aplicaciones de 800 V con una distancia de fuga de 15 mm. Además, hay algunos productos de interfaz como el 1042, 1051, 1043 para CAN y el 1145 cuya muestra estará lista pronto.

La principal ventaja del aislamiento mejorado es el aislamiento de la tensión de funcionamiento, con una tensión soportada de 5.000 VCA por minuto. El aislador digital mejorado NSi82xx es un producto destacado con un voltaje de aislamiento nominal de 5000 Vrms, un voltaje soportado medido de 12 kV en el aceite aislante, margen suficiente y confiabilidad relativamente alta.

Dado que el voltaje de operación de aislamiento se aplica a ambos extremos de la red de aislamiento durante un largo período de 20 años o más, es necesario garantizar que la tasa de falla del aislador sea inferior a 1 ppm. Si se trata de aislamiento básico, este requisito es mucho más flexible y requiere una tasa de falla de menos de 1000 ppm, una diferencia de 1000 veces.

Satisfacer la demanda de los fabricantes de automóviles

Los productos de aislamiento y controlador NOVOSENSE se utilizan principalmente en OBC, DC-DC, controlador de motor principal, BMS y sistema de gestión térmica. El rendimiento de sus productos es competitivo de forma aislada e impulsa la industria tecnológica, con una cadena de suministro de producción segura y confiable en China. La madura experiencia en productos y el sólido sistema de producción inteligente se reflejan en la calificación AEC-Q100, y ha seguido estrictamente el proceso de grado automotriz y el concepto de control desde la definición y el desarrollo del producto hasta el empaque de la oblea final.

FUENTE NOVOSENSE Microelectrónica