芯智駕──集萃產學研企名家觀點，全面剖析AI晶片、第三代半導體等在汽車“大變形”時代的機會與挑戰！

集微網報道，800V高壓平臺正成為車企競爭新賽道，業界認為這一趨勢或將在2023年集中爆發。

伴隨全球新能源汽車市場滲透率快速提升，終端消費者的補能、充電焦慮成為發展路上的“攔路虎”。2021年以來，國內外車企開始以類似“充電5分鐘，續航200公里”的構想來迎合消費者對於快速補能的需求。為進一步提高充電功率、縮短充電時間，絕大多數的主流車企選擇高壓快充方案，並將電壓平臺從400V提升到800V、1000V甚至更高的水平，特別是800V高壓快充，已經被越來越多的整車廠提上日程。

從400V向800V平臺轉變，亟需突破的挑戰也很多，因為800V的落地是一大系統工程，從系統部件，到整車，以及基礎設施等都需要同步變革與推進，上至半導體元器件、電池模組安全性提升，下至車、樁、充電網路的聯動升級，當前仍面臨許多技術難點。

在德州儀器（TI）近日舉辦的媒體交流會上，德州儀器電源開關、介面和照明部門副總裁兼總經理Troy Coleman對集微網表示，“TI正在以多種方式支援汽車平臺向800V過渡。TI能夠解決關鍵的電源管理設計挑戰：低EMI、功率密度、低靜態電流、低噪聲和隔離。而對於800V系統，所有這些挑戰都很重要，TI不斷推出新產品來應對這些挑戰。”

800V汽車系統帶來新的隔離挑戰

Troy Coleman表示，“隨著新一代電動汽車從400V電池系統過渡到800V電池系統，需要透過隔離來實現敏感電子元器件與快速瞬變高壓元件（例如電機）之間的安全通訊。”

這其中，半導體發揮著重要作用，因為只要存在高電壓，半導體隔離技術就會越來越重要。例如，在電動汽車中，高壓域與低壓域相隔離，而其中必須具有能檢查安全性和隔離柵狀況的功能，這一功能稱為隔離檢查。在隔離檢查功能中，必須使用半導體技術製造隔離產品來定期檢查隔離柵的完整性，從而確保隔離柵沒有損壞，這樣就不會有人觸電。要實現隔離檢查，必須透過某種器件來承載這一功能，它必須具有超高的可靠性，而且能夠在寬溫度範圍內將這一功能整合到單個半導體封裝中。

Troy Coleman表示，“固態繼電器就是一個例子。TI透過將隔離整合到小型封裝（提高功率密度）中來解決800V系統中的多個設計挑戰，並且其靜態電流低於現有解決方案以延長電池壽命。同時，整合隔離式DC/DC轉換器是透過減少800V電動汽車的重量、尺寸和提高效率來提高功率密度的另一個例子。”

TI深耕隔離領域的創新，並在過去20年左右的時間裡一直投資開發隔離系列產品，包括高壓系統的隔離技術，從而能向全球客戶交付創新的差異化先進產品。

多種方案支援汽車製造商輕鬆過渡到800V

如上所言，TI在隔離技術領域佈局多年，如今透過在隔離技術中整合更多功能，能夠實現固態繼電器解決方案，幫助客戶降低複雜性，並保持電動汽車等隔離環境所需的安全性，甚至更輕鬆地過渡到800V技術。

在汽車技術變革路上，TI將這些新技術融入新一代產品中，推出了TPSI3050-Q1 和 TPSI2140-Q1固態繼電器，它們是完全整合電源和訊號隔離功能的固態繼電器，有助於在工業和汽車系統中實現多千伏級隔離。

據Troy Coleman介紹，這些特定器件是全新固態繼電器系列中的首批產品。如果設計初衷是在電動汽車電池管理系統等隔離高壓環境中實現更高的可靠性，則通常需要增加元件，這樣會導致車輛的尺寸、重量和成本增加。而TI這些全新的固態繼電器產品系列在單一晶片中集成了電源和訊號傳輸，有助於工程師在設計中省去3個元件，與現今市場中的機電繼電器和固態光繼電器解決方案相比，該解決方案尺寸和 BOM 成本可減少達 50%，能夠幫助客戶在整個系統級別降低成本。

例如，TPSI3050-Q1可以提供高達5kV增強型隔離，其工作壽命比機電繼電器高10倍。TPSI2140-Q1能提供高達3。75kV的基礎型隔離，還能幫助電池管理系統更快檢測到故障，並在汽車中符合關鍵安全性標準。

另一方面，工業、汽車等系統對隔離技術的要求越來越高，其不僅需要提供隔離，還需要提供高功率密度和低EMI，從而提高這些產品的效率並簡化合規性。

Troy Coleman補充道，“對於電源設計人員而言，在越來越小的空間內提供更多功率的需求仍是主要的電源趨勢，隨著汽車和各種不同應用具有越來越多的功能，這一需求也對EMI帶來了挑戰。所以客戶面臨著隔離和EMI的雙重挑戰，這在這些趨勢下逐漸顯現。TI開發出了突破性的整合變壓器技術，能在很小的 IC 尺寸封裝中進行隔離式功率傳輸，實現了微型化，只有指尖大小”。

尤為值得一提的是，TI近期推出的最新器件UCC14240-Q1，它利用了專有整合變壓器技術，是業內尺寸超小、精度超高的1。5W隔離式直流/直流偏置電源模組，旨在推動汽車應用向半分散式和分散式偏置電源架構發展的行業趨勢。

例如，帶有整合變壓器的汽車類SPI可程式設計柵極驅動器和偏置電源參考設計，採用 UCC14240-Q1。這一參考設計為牽引逆變器和車載充電器中的電源開關提供隔離式偏置電源和隔離式柵極驅動器，偏置電源和驅動器均可提供更高的隔離等級，尤其是800V匯流排應用所需的更高隔離等級。

（校對/Jimmy）