在新能源汽車領(lǐng)域，低壓的繼電器和保險已逐步被電力電子器件取代，機械電子化成為發(fā)展趨勢。因為電子器件取代機械繼電器，不僅大大提高了壽命，沒有開關(guān)噪音，同時也降低了體積、重量和成本。本文將介紹一款瞻芯電子開發(fā)的新型固態(tài)預(yù)充繼電器方案。

為何需要預(yù)充繼電器電路？

在新能源汽車中，高壓電池包與主逆變器相連，但兩者的瞬時功率、電壓和頻率不同，因此主逆變器需要并聯(lián)母線電容，起到緩沖和過濾作用。

在整車上電工作前，要先閉合電池包與后級電容之間的主繼電器，若上電之前母線電容沒有預(yù)充電，則繼電器前后的電壓差太大，那么在電路閉合瞬間，相當(dāng)于電池短路而產(chǎn)生瞬間大電流，會導(dǎo)致繼電器過熱，導(dǎo)致繼電器觸頭粘連，甚至引發(fā)安全事故。

因此主繼電器必須并聯(lián)一個預(yù)充電電路，為母線電容充電，來減小上電瞬間的沖擊電流，也保護(hù)電池、主繼電器、電容。

新型固態(tài)預(yù)充解決方案

瞻芯電子提出了一種新穎的高壓預(yù)充方案，采用恒流控制的buck電路，可將后級母線電容快速充到電池電壓。該方案采用碳化硅(SiC)MOSFET和碳化硅(SiC)SBD組成恒流充電回路，整個預(yù)充過程電流恒定，既降低了對于功率器件的要求，同時也大大提高了預(yù)充速度，而且不需要電阻，即可讓后級電容充到母線電壓。電氣回路示意圖如下：

如下是控制回路示意圖，與傳統(tǒng)繼電器控制類似，只需要一組信號，同時提供驅(qū)動供電和控制信號，可以高頻控制。而且，還能通過調(diào)整功率器件來增加或減小預(yù)充電流，滿足不同的系統(tǒng)要求，充電效率高。

核心元件：

IV1Q12160T4：1200V 160mΩ SiC MOSFET

IV1D12010T2：1200V 10A SiC SBD

固態(tài)預(yù)充電時間測試

測試條件1：400V輸入，2000uF電容；

充電時間：從0V到400V花費時間123mS；

測試條件2：600V輸入，2000uF電容；

充電時間：從0V到600V花費時間167mS；

固態(tài)預(yù)充方案與傳統(tǒng)方案對比

對比固態(tài)預(yù)充方案，傳統(tǒng)預(yù)充方案（機械式的繼電器+電阻）有諸多的缺陷，比如：體積大、響應(yīng)開關(guān)慢、充電慢，由于采用RC充電時間問題，母線電容無法完全充到電池電壓，所以對于主繼電器還是有損傷的。

瞻芯電子固態(tài)預(yù)充方案在800V平臺新能源汽車上，不僅性能優(yōu)異，還能做到更低的系統(tǒng)成本，下表為800V平臺上兩種方案的對比：

瞻芯電子固態(tài)預(yù)充解決方案，對比傳統(tǒng)預(yù)充方案，體積大幅降低70%以上，外形尺寸如下：

尺寸：長40mm 寬35mm 高20mm

低壓PIN間距：5.08mm，高壓PIN間距：10mm

小結(jié)與展望

瞻芯電子的固態(tài)預(yù)充方案因其諸多優(yōu)點，得到了多個Teir1廠家的積極響應(yīng)，不過電子方案若要大范圍取代機械方案，還需建立和完善相關(guān)測試標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)規(guī)范。

總體上，機械電子化是很有前景和想象力的發(fā)展趨勢，不僅可以用于新能源汽車，還可用于其它具有高壓電池包的產(chǎn)品，如UPS、儲能等。未來隨著碳化硅(SiC)的普及和降本，我們希望未來采用碳化硅(SiC)MOSFET的方案可以替代主繼電器。

關(guān)于瞻芯電子

上海瞻芯電子科技有限公司（簡稱“瞻芯電子”）是一家聚焦于碳化硅（SiC）半導(dǎo)體領(lǐng)域的高科技芯片公司，2017年成立于上海臨港。公司致力于開發(fā)碳化硅功率器件和模塊、驅(qū)動和控制芯片產(chǎn)品，并圍繞碳化硅(SiC)應(yīng)用，為客戶提供一站式解決方案。

瞻芯電子是中國第一家自主開發(fā)并掌握6英寸SiC MOSFET產(chǎn)品以及工藝平臺的公司，并建成了一座車規(guī)級SiC晶圓廠，標(biāo)志著瞻芯電子順利實現(xiàn)由Fabless邁向IDM的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型，進(jìn)入中國領(lǐng)先SiC功率半導(dǎo)體公司行列。

瞻芯電子將持續(xù)創(chuàng)新，放眼世界，致力于打造中國領(lǐng)先、國際一流的碳化硅（SiC）功率半導(dǎo)體和芯片解決方案提供商。

產(chǎn)品概覽