Die NOVOSENSE-Isolations- und Treibertechnologie ermöglicht SiC+800V in NEVs

Jun 18, 2023

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31. März 2023, 19:36 CST

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SHANGHAI, 31. März 2023 /PRNewswire/ -- Gegenwärtig ersetzen aufkommende Fahrzeuge, die durch neue Energiefahrzeuge repräsentiert werden, herkömmliche Fahrzeuge mit Kraftstoff schnell. Obwohl sich immer mehr Menschen für Fahrzeuge mit neuer Energie entscheiden, gibt es keinen Zweifel daran, dass sie immer noch Schwachstellen im Verbrauchererlebnis haben. Das eine ist ein unbequemes Ladeerlebnis oder eine langsame Ladegeschwindigkeit, das andere ist die Reichweitenangst.

Um den zukünftigen Markt für Fahrzeuge mit neuer Energie zu erweitern, muss vom Standpunkt der Elektrifizierungseffizienz ausgegangen werden. Der aktuelle wichtige Trend geht in die Verwendung von 800-V-Elektroarchitekturen + SiC-Leistungsgeräten, bei denen Isolations- und Treibertechnologie unverzichtbar sind.

Neuer Trend der Fahrzeugelektrifizierung

Der Trend der Fahrzeugelektrifizierung besteht zunächst darin, eine Hochspannungsarchitektur zu entwickeln, die die Ladeleistung unter der Bedingung erhöhter Ladespannung und konstantem Ladestrom erhöht, um das Ziel einer Fahrt von 200 Kilometern durch 5-minütiges Laden zu erreichen. Derzeit verwenden einige in- und ausländische Fahrzeugmodelle Super-Ladesäulen, und für viele Modelle wurde auch eine 800-V-Busspannung angelegt und in Massenproduktion hergestellt. Marktforschungen zeigen, dass das Verkaufsvolumen von New-Energy-Fahrzeugen mit 800-V-Hochspannungsarchitektur bis 2025 voraussichtlich etwa 1 Million Einheiten erreichen wird und die dreijährige CAGR (durchschnittliche jährliche Wachstumsrate) 270 % erreichen wird; Im Jahr 2025 wird der weltweite Absatz von New-Energy-Fahrzeugen mit 800-V-Architektur voraussichtlich 2 Millionen Einheiten erreichen.

Der zweite Trend ist die Verwendung von Hochspannungs-SiC-Leistungsgeräten; Sein Vorteil besteht darin, dass die Halbleiterbauelemente der dritten Generation eine hohe Spannung, einen geringen Ein-Aus-Verlust, eine geringe Größe und andere Vorteile aufweisen und dazu beitragen, die Effizienz des Elektroantriebs zu verbessern, das Gewicht des Elektroantriebs zu optimieren und die Reichweite um 10–15 % zu erhöhen. .

Die beiden oben genannten Trends stellen neue und höhere Anforderungen an Isolations-ICs und Treiber-ICs. Erstens wird das Spannungsniveau der Batterie, des Motors und der elektrischen Steuerungssysteme (einschließlich OBC, DC-DC und BMS) der 800-V-Hochspannungsplattform sowie des Luftkompressors, des PTC und des elektrischen Treibers entsprechend erhöht.

Isolations- und Antriebstechnologie in Fahrzeugen mit neuer Energie

Erstens basiert die Isolierung von Fahrzeugen mit neuer Energie auf Sicherheitszertifizierungsanforderungen, um die Sicherheit von Personen und Geräten bei einer Batteriespannung von 400 bis 800 V zu gewährleisten. Prozessoren und andere Schwachstromgeräte erfordern außerdem einen Isolationschip zur elektrischen Isolierung von der Hochspannungsseite. die zweite ist die gemeinsame Erdungsanforderung, die die Verwendung des Isolationsgeräts zur Realisierung der Pegelumwandlungsfunktion erfordert; Der dritte Punkt sind hohe Anforderungen an die Störfestigkeit, um eine höhere CMTI (Gleichtakt-Transientenimmunität) zu erreichen und große Rauschstörungen zu vermeiden, die zu einer Fehlöffnung der Leistungsröhre führen. Insbesondere der Einsatz von SiC kann zu einem Anstieg der Schaltfrequenz führen, was zu einem relativ großen du/dt-Rauschen führt.

Zu den Anforderungen der Sicherheitskonformität gehört auch die Kriechstrecke, die den Abstand der Chip-Gehäuseoberfläche darstellt, um einen Überschlag oder Durchschlag (Markierung) zu erzeugen. Die übliche Kriechstrecke in der Hochspannungsbatterie, dem Motor und dem elektrischen Steuerungssystem von Fahrzeugen mit neuer Energie ist die Isolationsvorrichtung von 8 mm. Mit der Aufrüstung der Batterie, des Motors und des elektrischen Steuerungssystems auf eine Spannung von 800 V erhöht sich auch die Kriechstrecke.

Darüber hinaus erfordert der große Spitzenausgangsstrom, dass die Schaltröhre mit einem größeren Strom eingeschaltet wird, um die Anforderung eines schnellen Öffnens und Schließens der Leistungsröhre zu erfüllen. Neue Energiefahrzeuge sind zum Antrieb auf elektrische Luftkompressoren angewiesen, und der Hauptmotorantrieb und der PTC erfordern ebenfalls eine elektrische Hochspannungsisolierung.

Derzeit gibt es in der Branche mehrere gängige Isolationstechnologien, und NOVOSENSE übernimmt die kapazitive Isolationstechnologie auf Basis von Kapazitätskopplern. Bei einem Kondensatorisolationschip befinden sich die Isolationskondensatoren auf zwei separaten Bare-Chips. Da zur elektrischen Isolierung eine überlegene verbesserte Isolationstechnologie zum Einsatz kommt, werden zwei kapazitive Platten in Reihe geschaltet, um eine Isolierung in einer verbesserten Architektur zu erreichen. Das Isolationsmedium zwischen ihnen ist Siliziumdioxid, eine Art Isolationsmedium mit höherer Isolationsstärke. Die Spannungsfestigkeit jeder Mikron-Isolation kann mehr als 400 V erreichen, was dem 5- bis 6-fachen des vom Optokoppler verwendeten Isolationsmediums (Epoxidharz) entspricht. Theoretisch kann das Isolationsgitter mit einer Dicke von 30 Mikrometern eine Isolationsspannung von mehr als 10 kV erreichen. Die gemessene 60-Sekunden-Stehspannung kann auch den Wert von 12 kV erreichen. Darüber hinaus trägt die kapazitiv isolierte Differenzialübertragungsarchitektur pro Kanal auch zur Verbesserung der Gleichtaktrauschunterdrückung bei.

Zur Gleichtaktunterdrückung ist Modulation erforderlich, d. h. ein Eingangssignal wird durch Modulation in einen Kondensator oder ein anderes Medium übertragen. Der vorherrschende Ansatz ist normalerweise die Verwendung der OOK-Codierung, die ein Eingangssignal auf mehr als 400 Megabyte Träger moduliert und es dann zwischen Kondensatoren überträgt. Das patentierte Adaptive OOK-Codierungsschema wurde von NOVOSENSE optimiert, was die Fähigkeit des Isolators, Gleichtaktrauschen zu widerstehen, weiter verbessert. Im Vergleich zu den beiden anderen Ansätzen hat die OOK-Codierungsmodulation den Vorteil, dass sie der Gleichtaktunterdrückung stark widersteht.

NOVOSENSE-Produkte verfügen über eine Spannungsisolationsfähigkeit von 12 kVrms, eine EMV-Leistung und Stoßspannung von > 12 kV sowie eine beidseitige ESD-Fähigkeit von > 10 kV. Diese Produkte haben UL/CUL/VDE/CQC und andere gängige Sicherheitszertifizierungen der Branche erhalten.

NOVOSENSE bietet digitale Isolationschips und Isolationsstromversorgungen, einschließlich Isolationssampler, Isolationstreiber, sowie einige schnittstellenbezogene Produkte und Isolationsgeräte für die Automobilindustrie, die derzeit in voller Massenproduktion hergestellt werden.

Der Halbleiter der dritten Generation stellt höhere Anforderungen an Isolationsgeräte. Die Schaltfrequenz wurde von 10 kHz bei Siliziumbasis auf 100 kHz bei SiC erhöht und die Isolationsspannung wurde auf über 1000 V erhöht.

Darüber hinaus erfordern SiC-Geräte an digitale Isolatoren eine höhere Schaltfrequenz und eine höhere Übertragungsrate mit einer Gleichtaktunterdrückungsfähigkeit von nicht weniger als 100 kV/Mikrosekunde. NOVOSENSE-Isolationsgeräte können 150 kV oder sogar 200 kV erreichen.

Bei der CMTI-Entwicklungsplattform für Elektroantriebe der neuen Generation sind ein großer Netzspannungshub, ein großer Spitzenausgangsstrom, eine schnelle Anstiegs- und Abfallzeit, ein schneller Kurzschlussschutz und die Fähigkeit zum sanften Abschalten die Schlüsselindikatoren, die bei der Auswahl eines geeigneten SiC-Leistungsröhrentreibers berücksichtigt werden müssen Chips.

NOVOSENSE System- und Produktlösungen

In der Anwendung des NEV-Hauptmotortreibers für elektrische Treiber verfügt NOVOSENSE über massenproduzierte Isolationstreiber, darunter NSi6611 und NSi6651 mit intelligentem Schutz und verbesserter Isolationstreiber sowie einen verbesserten digitalen Isolator und einen verbesserten Isolations-Sampler.

Zusätzlich zum Treiber bietet es Busspannungs- oder Stromisolationssammler NSi1311 und NSi1300 für die Batterie, den Motor und das elektrische Steuerungssystem mit relativ hohen Marktanteilen.

NSi82xx ist das erste von NOVOSENSE auf den Markt gebrachte digitale Isolationsprodukt für die Automobilindustrie. Es deckt Schemata mit 1 bis 6 Kanälen ab und verfügt über verschiedene Gehäuse, wie Narrow Body 8, Wide Body 8 und Wide Body 16, einschließlich Ultra-Wide-Body-Isolationsgeräten, die für 800-V-Anwendungen mit einer Kriechstrecke von 15 mm geeignet sind. Darüber hinaus sind einige Schnittstellenprodukte wie die 1042, 1051, 1043 für CAN und die 1145 mit Muster bald verfügbar.

Der Hauptvorteil der verbesserten Isolierung ist die Isolierung der Betriebsspannung mit einer Spannungsfestigkeit von 5.000 V AC pro Minute. Der verbesserte digitale Isolator NSi82xx ist ein Spitzenprodukt mit einer nominalen Isolationsspannung von 5000 Vrms, einer gemessenen Spannungsfestigkeit von 12 kV im Isolationsöl, einem ausreichenden Spielraum und einer relativ hohen Zuverlässigkeit.

Da die Isolationsbetriebsspannung über einen langen Zeitraum von 20 Jahren oder länger an beiden Enden des Isolationsgitters anliegt, muss sichergestellt werden, dass die Ausfallrate des Isolators weniger als 1 ppm beträgt. Wenn es sich um eine Basisisolierung handelt, ist diese Anforderung viel lockerer und erfordert eine Ausfallrate von weniger als 1000 ppm, was einer Differenz von 1000 entspricht.

Erfüllen Sie die Nachfrage der Automobilhersteller

NOVOSENSE-Isolations- und Treiberprodukte werden hauptsächlich in OBC-, DC-DC-, Hauptmotortreiber-, BMS- und Wärmemanagementsystemen verwendet. Die Leistung seiner Produkte ist in der Isolations- und Antriebstechnikbranche wettbewerbsfähig und verfügt über eine sichere und zuverlässige Produktionslieferkette in China. Ausgereifte Produkterfahrung und ein solides, intelligentes Produktionssystem spiegeln sich in der AEC-Q100-Qualifikation wider und das Unternehmen hat sich von der Produktdefinition und -entwicklung bis zur Backend-Wafer-Verpackung strikt an das Prozess- und Steuerungskonzept der Automobilindustrie gehalten.

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