新型車用功率元件帶起良性漣波效應

作者 : Bill Schweber,EE Times/EDN/Planet Analog資深技術編輯

從材料、技術、生產、元件等技術發展史中學到的其中一件事是,一個領域的發展往往被採用、調整進而帶動其他領域有所突破,有時甚至被利用在看來毫無關聯之處…

我們從材料、技術、生產、元件等技術發展史中學習到的其中一件事就是,在一個領域中的進展往往會被採用、調整,並進而帶動其他領域有所突破。某些情況下,相關的進步發生在相關的場域中,然而在某些情況下,進步的益處卻被利用在頗不相干的領域,甚至顯然是毫無關聯的應用。

這種不斷來回往返的情境,最佳寫照當屬這齣在1970年代由英國科學史家James Burke創作、撰寫並主持的英國電視劇節目《關聯》(Connections)。他示範了看似無關聯的發展如何直接及間接的帶動其他方面發展進步。儘管他強調的某些關係與路徑可能有幾分脆弱,但是其中的訊息仍然極為有效,並且合乎時宜又有相關性。(值得慶幸的是,雖然這些劇集年代久遠,但是仍然非常吸引人,而且還可以在YouTube上找到。)

舉例來說:消費型烘烤器皿中使用的耐熱Pyrex硼矽酸玻璃(耐火玻璃),是由德國化學家暨玻璃技術專家、Schott AG創辦人Otto Schott於1893年首次開發的。然而,這種玻璃當初並不是為了廚房用途而開發的。直到後來,康寧公司(Corning Glass Works)的研究主管Eugene Sullivan,為了降低因為熱衝擊導致玻璃自動碎裂的嚴重問題,進一步改良這種耐熱硼矽酸玻璃,開發出鉛硼玻璃(Nonex),隨後經修改並命名為Pyrex。

相同的情況也發生在熱玻璃燈罩、鐵路號誌,甚至是電瓶(一種玻璃容器,當時普遍用來盛裝可充電的鉛酸電池,在充電/放電的循環週期間熱度會上升)上,這些物品曝露在冰冷的雨水中即會碎裂。Sullivan隨後讓他的妻子在烘烤器皿中測試這種玻璃;後來的發展就是人們所說的消費產品故事了。

新功率元件正大量湧現,我們恭逢其盛;因為隨著汽車的動力傳動,資訊娛樂系統、裝配組件等日益電氣化,對於需要更高電壓/電流、強調耐久性和溫度範圍性能的非汽車類等其它領域,也會造成同樣意想不到的「漣波效應」(漣漪效應;Ripple Effect)。

提供一份無所不包的清單未免也太不實際,但我在此提供四款最近看到的汽車功率處置及功率相關新產品,它們都符合有關的AEC-Qxxx標準:

  • 由東芝電子零組件公司(Toshiba Electronic Devices and Storage Corporation,TDSC)推出的TLX9160T固態光繼電器,主要針對電池管理系統(BMS)、接地故障偵測以及機械式繼電器故障鑑別等相關的汽車需求。這款光繼電器的固態功能相當於一個基本、常開(NO)、1-Form-A典型單極單投(SPST)機電式繼電器,如1所示。

 

1:東芝電子零組件公司(TAEC)推出TLX9160T固態光繼電器,非常接近固態功能等效的基本、常開(NO)1-Form-A典型單極單投(SPST)機電式繼電器,同時還具備其他效益。

  • 德州儀器(Texas Instruments;TI) LM74720-Q1和同型的LM74721-Q1理想二極體控制器,透過雙閘極驅動拓撲以絕佳的效能控制一對外部n通道MOSFET,用於汽車直流(DC)導軌上的主動整流與電池反向保護,如2所示。其中一個受控的MOSFET模擬理想二極體,而另一個MOSFET則用於電源路徑開關控制、突波限制和過壓保護。

 

2:德州儀器LM74720-Q1和同型的LM74721-Q1理想二極體在主動整流與電池反向保護方面發揮絕佳效能。

  • Power Integrations (PI)開發符合AEC-Q100標準的NN3947CQ-TL和INN3949CQ-TL開關電源IC,在600和800V電池與燃料電池電動車(EV)中,將一個額定1,700V電壓的SiC MOSFET整合到低壓電源的電力系統中,如3。該公司InnoSwitch 3-AQ系列新增的功能強調簡單、精巧的解決方案,提供達70W的功率,可供空調、車體控制電子及其他車輛子系統使用。

3Power Integrations開發的NN3947CQ-TLINN3949CQ-TL開關電源IC,整合額定1,700V電壓的SiC MOSFET,可用於600V800V電池組與燃料電池。

  • 意法半導體(STMicroelectronics;ST)推出的VN9D30Q100F,是一款多路高側驅動器,如4。這款六通道元件有兩條33mW及四條90mW通道,而同型的VN9D5D20FN是一款四通道元件,擁有兩條6mW和兩條20mW道通。它們主要針對感應馬達負載(例如電動車窗)及電阻性負載(例如加熱座椅),並包括SPI連接及數位電流感測和許多晶片診斷功能。

4:意法半導體推出的VN9D30Q100F是一款6通道高側驅動器,具備數位「智慧」以及密集的診斷與故障偵測/回報功能。

您能看見這些元件在非汽車領域設計中的重要地位嗎?當您為自己的設計難題苦思解決之道時,是否想過或曾經對向外尋求那些表面上針對其他應用而設計,看似與您無關的元件?

(參考原文:The beneficial ripple effect of new automotive power devices,by Bill Schweber)

本文同步刊登於EDN Taiwan 2022年4月號雜誌

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