【導讀】dangqian
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，danwuyongzhiyi，tazaixiaofeizhetiyanfangmianrengyoutongdian
，yishichongdianbufangbianhuochongdianbijiaoman，ershixuhanglichengbugou。

要拓寬未來的新能源汽車市場，就需要從電氣化效率入手加以解決
，而當前重要的趨勢是采用800V電氣架構+碳化矽功率器件
，其中隔離和驅動技術不可或缺。

電驅動發展的新趨勢

電驅動的趨勢首先是發展高壓架構，在充電電壓提升、充電電流不變的條件下提高充電功率，以期達到充電5分鍾續航200公裏的目標。目前，國內外一些車型已經在使用超級充電樁，800V母線電壓也得到了不少車型的應用和量產。市場研究顯示，到2025年
，預計800V高壓架構的新能源汽車銷量將達到100萬台左右
，三年CAGR（複合年均增長率）將達到270%；2025年，全球搭載800V架構的新能源汽車銷量有望達到200萬台。

第二個趨勢是采用高壓碳化矽功率器件，其優勢在於
，第三代半導體器件具有高耐壓、低導通損耗、小尺寸等優點，有助於提升電驅動效率，還可以優化電驅動重量
，提升10%-15%的續航裏程。

在新能源汽車的電機控製器中
，電力轉換是通過控製IGBT的開關實現的。受製於材料本身的局限性
，IGBT較難在200℃以(yi)上(shang)溫(wen)度(du)下(xia)工(gong)作(zuo)。高(gao)功(gong)率(lv)密(mi)度(du)的(de)電(dian)機(ji)控(kong)製(zhi)器(qi)需(xu)要(yao)高(gao)效(xiao)的(de)電(dian)力(li)轉(zhuan)換(huan)效(xiao)率(lv)和(he)更(geng)高(gao)的(de)工(gong)作(zuo)溫(wen)度(du)
，這(zhe)對(dui)功(gong)率(lv)器(qi)件(jian)提(ti)出(chu)了(le)更(geng)高(gao)的(de)要(yao)求(qiu)，如(ru)更(geng)低(di)的(de)導(dao)通(tong)損(sun)耗(hao)、耐高溫
、高導熱能力等。

從采用傳統矽基MOSFET或IGBT轉向碳化矽功率器件，可以將整個模塊的重量減輕近一半。一些客戶研發的全碳化矽平台可以減重9公斤，最大功率可以達到220kW，尺寸縮小將近40%。

上述兩大趨勢對隔離IC和驅動IC提出了新的更高的要求。首先是800V高壓平台的三電係統（包括OBC
、DC-DC、BMS），還有空壓機

、PTC、電驅動的電壓等級都會隨之提升。

新能源汽車裏的隔離與驅動技術

新能源汽車的隔離首先是基於安規要求，在400V-800V電池電壓下保護人身和設備安全，處理器等弱電器件也需要隔離芯片做到和高壓側進行電氣隔離
；二是共地需求，需要用隔離器件來實現電平轉換功能；三是高抗噪需求，以實現更高的CMTI（共模抑製比）抗擾能力

，避免出現大的噪聲幹擾
，導致功率管誤開通；特別是碳化矽的應用會使開關頻率上升，出現比較大的dv/dt噪聲。

爬電也是安規要求之一，它代表芯片封裝表麵產生閃絡或擊穿（起痕）的距離
，在新能源汽車高壓三電係統中常見的爬電距離是8毫米的隔離器件，隨著三電係統向800V電壓升級，爬電距離也會上升。

此外，大峰值輸出電流需要導通電流更大的開關管，以滿足快速開通關斷功率管的要求。新能源汽車依靠電動空壓機驅動，主電機驅動、PTC也需要有高壓電氣隔離。

目前，業界有幾種主流隔離技術，納芯微采用基於容耦的電容隔離技術。相比光耦，容耦的傳輸速率更高
，容易達到Mbps以yi上shang的de通tong信xin速su率lv。光guang耦ou雖sui然ran也ye可ke以yi做zuo到dao，但dan是shi速su率lv的de提ti升sheng要yao以yi成cheng倍bei增zeng加jia的de成cheng本ben為wei代dai價jia。另ling外wai，光guang耦ou受shou封feng裝zhuang工gong藝yi限xian製zhi
，不bu太tai容rong易yi將jiang多duo個ge隔ge離li通tong道dao集ji成cheng在zai一yi個ge芯xin片pian中zhong，而er電dian容rong隔ge離li很hen容rong易yi將jiang六liu通tong道dao、八通道隔離集成在一個芯片中。另外，容耦沒有溫漂和光衰的困擾

，工作溫度範圍更寬。

磁耦的原理是通過磁通量的變化來傳遞信號，容耦是通過電場，在低輻射方麵具有優勢。

在(zai)電(dian)容(rong)隔(ge)離(li)芯(xin)片(pian)中(zhong)，隔(ge)離(li)電(dian)容(rong)分(fen)別(bie)位(wei)於(yu)兩(liang)個(ge)分(fen)離(li)的(de)裸(luo)片(pian)上(shang)。由(you)於(yu)采(cai)用(yong)性(xing)能(neng)優(you)越(yue)的(de)增(zeng)強(qiang)隔(ge)離(li)工(gong)藝(yi)技(ji)術(shu)進(jin)行(xing)電(dian)氣(qi)隔(ge)離(li)，兩(liang)個(ge)電(dian)容(rong)極(ji)板(ban)串(chuan)聯(lian)在(zai)一(yi)起(qi)，以(yi)增(zeng)強(qiang)型(xing)架(jia)構(gou)實(shi)現(xian)隔(ge)離(li)。其(qi)中(zhong)間(jian)的(de)隔(ge)離(li)介(jie)質(zhi)是(shi)二(er)氧(yang)化(hua)矽(gui)
，是(shi)一(yi)種(zhong)隔(ge)離(li)強(qiang)度(du)更(geng)高(gao)的(de)隔(ge)離(li)介(jie)質(zhi)
，每(mei)微(wei)米(mi)隔(ge)離(li)耐(nai)壓(ya)能(neng)力(li)可(ke)達(da)400V以上，是光耦所使用的隔離介質環氧樹脂的5-6倍。理論上
，30微米的隔離柵厚度就可以達到10kV以上的隔離耐壓。實際測試的60秒耐壓也可以達到12kV水平。另外，電容隔離每通道的差分傳輸架構也有助於提高共模噪聲抑製能力。

在共模抑製方麵，需要采用調製方式，即將一個輸入信號通過調製在電容或其他介質中進行傳輸。業界主流做法通常是采用OOK編碼方式，將一個輸入信號調製到400多兆載波
，然後在電容中間傳輸。納芯微通過自有專利（Adaptive OOK）在OOK編碼方案上又做了電路優化
，進一步提高了隔離器的抗共模噪聲能力。相對其他兩種方式，OOK編碼調製方式的優勢在於抗共模抑製能力強。

納芯微的產品具有12kVrms高耐壓隔離能力

、EMC性能和＞12kV浪湧及雙邊ESD＞10kV的能力。這些產品均獲得了UL/CUL/VDE/CQC等業界主流的安規認證。

納芯微從最開始的數字隔離芯片到隔離電源
，包括隔離采樣
、隔離驅動，還有一些接口相關產品和車規隔離器件，現在都已經全麵量產。

第三代半導體對隔離器件的要求更高
，開關頻率已從矽基的10kHz提升到碳化矽的100kHz量級，隔離耐壓提升到1000V以上。

另外
，碳化矽器件對數字隔離器的要求是開關頻率變高了
，傳輸速率也要提升

，共模抑製能力至少要大於100kV/微秒，納芯微的隔離器件可以達到150kV甚至200kV的水平。

在新一代電驅動開發平台中，在選擇合適的碳化矽功率管驅動芯片時，CMTI、寬柵極電壓擺幅、大峰值輸出電流、快速上升下降時間，以及快速短路保護、軟關斷能力，都是需要考慮的隔離驅動芯片的關鍵指標。

納芯微的係統和產品方案

在新能源汽車電驅動主電機驅動應用方麵，納芯微已經量產的隔離驅動產品包含NSi6611和NSi6651智能保護增強型隔離驅動，以及增強型數字隔離器
、增強型的隔離采樣。

除了驅動外，三電係統總線的電壓或電流隔離采樣有NSi1311和NSi1300等，市場占有率都比較高。

NSi82是納芯微最早推出的車規級數字隔離產品

，覆蓋1-6通道方案，采用不同封裝
，如窄體8、寬體8

，寬體16，同時包括匹配800V應用、爬電距離15毫米的超寬體隔離器件。此外

，還有一些接口產品
，如用於CAN的1042

、1051、1043以及馬上將出樣的1145。

增強型隔離的主要優勢在於隔離工作電壓，具有一分鍾5000V的交流耐壓能力。NSi82增強型數字隔離器是明星產品，標稱隔離電壓5000Vrms，在絕緣油中可測到12kV隔離耐壓，裕量非常充足，可靠性比較高。

由於隔離工作電壓長期施加在隔離柵兩端，時間長達20年甚至更長，需要能夠保證隔離器的失效率小於一個ppm。如果是基礎型隔離

，這方麵的要求要寬鬆很多
，在失效率方麵可能隻要求小於1000ppm，相差了1000倍。

滿足車廠國產替代需求

納芯微的隔離和驅動產品主要應用於OBC
、DC-DC、主電機驅動

、BMS和he熱re管guan理li係xi統tong。納na芯xin微wei的de隔ge離li和he驅qu動dong技ji術shu在zai業ye界jie比bi較jiao領ling先xian，且qie全quan國guo產chan供gong應ying鏈lian供gong貨huo安an全quan可ke靠kao。成cheng熟shu的de產chan品pin經jing驗yan和he完wan善shan的de智zhi慧hui生sheng產chan體ti係xi
，不bu僅jin體ti現xian在zaiAEC-Q100認證方麵

，從產品定義開發到後道晶圓封裝都嚴格遵循車規流程和管控理念。

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