告别里程焦虑！TI全新SiC栅极驱动器可将续航延长1600公里/年

说起电动汽车的缺陷，可能人们首先想到的就是“行驶里程”问题。因为在整车设计方面，电动汽车的行驶里程往往是影响用车体验的重要因素，同时也是所有厂商最为头疼的一大难题。

作为全球领先的半导体解决方案供应商，德州仪器（TI）自然也注意到了这个问题。此前，TI已先后向客户提供了包括驱动芯片、MCU、辅助供电、隔离电压电流采样等在内的多种提高行驶里程的解决方案。如今，为了进一步提升整个系统的可靠性，TI又发布了一款高集成度的功能安全合规型隔离式栅极驱动器——UCC5880-Q1，旨在利用高压半导体技术，更大限度地延长汽车行驶里程。

为了让大家抢先了解这款产品，德州仪器混动汽车/电动汽车部门总经理吴万邦（Mark Ng）和德州仪器中国汽车半导体事业部技术支持经理郭津（Johnny Guo）在新品发布会上对其进行了详细的介绍。

据了解，TI在半导体创新领域确立了四大目标：一是帮助用户更大限度地延长汽车行驶里程；二是帮助客户改进电动汽车的充电性能和效率；三是通过半导体技术的创新和更迭，让电动汽车变得更加经济实惠；四是致力于帮助客户设计安全可靠的电动汽车。

然而，在进行电动汽车高压电源与电驱动设计时，往往客户也有四大目标：一是希望设计出更高效的牵引逆变器；二是需要提高功率密度，在输出相同功率的情况下减小体积，或是在相同体积的情况下输出更大功率；三是需要设计出高可靠性的系统，因为牵引逆变器和动力相关，安全可靠非常重要；四是需要降低系统复杂度，使用更少的元器件设计出相同功能的系统。

此次TI推出的栅极驱动器UCC5880-Q1，则可以很好地满足以上四个需求。

TI指出，随着电动汽车日益普及，牵引逆变器系统的半导体创新技术，有助于克服某些阻碍其广泛普及的关键技术障碍。

“使用UCC5880-Q1的可调驱动技术，设计人员可以根据工况提高牵引逆变器的整体效率；而产品的高集成度，还可以帮助客户降低设计复杂度，并提高系统功率密度。同时，我们的芯片也是符合功能安全ASIL-D设计标准的，所以系统的可靠性就实现了很大的提升。”吴万邦介绍说。

对于设计人员，牵引逆变器不仅需要有更大的功率，还需要实现安全、可靠和高效。但目前市面上，大部分牵引逆变器的运行效率已经达到了90%，甚至更高。因此，继续优化、实现效率提升，将显得格外困难。与此同时，更高压的设计需求和新半导体器件的使用，也会带来产品结构更迭和散热限制等挑战。然而，使用TI的器件优化系统后，牵引逆变器的运行效率则可以得到明显提升。

吴万邦强调，TI不只提供芯片级解决方案，还提供整套系统解决方案。

针对牵引逆变器趋势，TI面向整个系统，在技术、设计、封装和测试方面均进行了引领市场的创新型IP开发。在整个牵引逆变器系统中，除了隔离式栅极驱动器，还包括ASIL-D的MCU、C2000™ 实时控制器、反激式控制器（可以充当系统的辅助供电）。而针对分布式辅电等未来趋势，TI还有全集成式的辅助供电模块、隔离电压/电流检测采样、隔离电源检测等。

另外，除了此次发布的隔离式栅极驱动器UCC5880-Q1，TI还跟Wolfspeed共同开发了300kW牵引逆变器参考设计，将UCC5880-Q1和Wolfspeed的SiC模块搭配使用，可以完成整体测试与认证。

据官方介绍，UCC5880-Q1可以解决复杂的高电压系统设计挑战：一方面，基于SPI的器件集成了实时可变栅极驱动强度、先进的SiC监控和保护，以及功能安全诊断；另一方面就是符合ISO26262标准，该器件可以支持设计人员构建更安全、更高效、更可靠的SiC和IGBT牵引逆变器。

具体来说，UCC5880-Q1具有SPI通信接口以及集成的监控和保护功能，可以有效降低设计复杂性、减少外部元器件成本。工程师可以使用SiC EV牵引逆变器参考设计，进一步简化设计并快速设计出一套更高效的牵引逆变器系统原型。

与此同时，在栅极驱动器UCC5880-Q1中，TI还设计了可实时调节栅极驱动强度的功能，通过以20A到5A的幅度实时改变栅极驱动强度，设计人员可以使用UCC5880-Q1更大限度地减少SiC开关功率损耗，将系统效率提高多达2%，从而将每次电动汽车充电后的行驶里程延长多达11公里。若以此计算，对于每周为车辆充电三次的电动汽车用户来说，年行驶里程可延长1,600多公里。

对于TI来说，可调驱动功能在其高电压系统设计中的重要性不言而喻，因为SiC可以实现更高的开关速度。从系统效率的角度来说，开关速度越快，开关损耗就越低，而效率也就越高；从系统可靠性的角度来说，开关速度越快，则可能导致更大的电压过冲，进而影响到模块的可靠性。而TI提供的可调驱动功能，可以让用户在开关速度和电压过冲之间实现平衡。

事实上，这些年TI除了注重产品研发与系统设计，其在高压电源技术的投资方面也是颇有收获。

我们都知道，在电动汽车中，高电压技术不只应用在牵引逆变器中，还会用于车载充电器OBC和高压转低压的DC/DC中。而该技术主要涵盖于氮化镓、隔离式栅极驱动器，以及搭配使用的辅助供电方案和C2000实时控制器四类产品中。

TI在高压技术领域有三个目标：一是通过半导体器件的创新，帮助用户更大限度地减少开关损耗；二是通过小体积设计，包括简化外围器件，帮助用户提高功率密度；三是通过技术创新，更大限度地提高功率管的开关速度，并增强驱动强度。

为此，TI借助先进的高压技术和芯片技术的创新，帮助用户设计更加高效且更加可靠的牵引逆变器，从而延长电动汽车的行驶里程。

“我们的目标是通过技术创新，帮助用户实现更高效率、更高可靠性和更高安全性的设计目标；同时，通过技术创新来降低方案成本，让更多消费者买到性价比更高的电动汽车。”吴万邦如是说。

可以想象，在TI高电压电源转换技术的创新驱动下，未来的电动汽车将会跑得更远、更快、更安全。