英飛凌功率器件和單片機(jī)技術(shù)在能源利用和汽車(chē)電子的應(yīng)用

正值2010年上海慕尼黑國(guó)際電子展期間，英飛凌半導(dǎo)體公司攜幾個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的最新成果前來(lái)，與大家共話(huà)技術(shù)發(fā)展的最新動(dòng)向。

能源領(lǐng)域
全球能源消耗的1/3都集中在電能方面，而美國(guó)、歐洲和中國(guó)是最大的能量消費(fèi)實(shí)體。尤其是中國(guó)，隨著工業(yè)化進(jìn)程的加速，對(duì)電力的需求在急劇地?cái)U(kuò)大。為此，對(duì)新能源的開(kāi)發(fā)和能量的高效利用就成為了一個(gè)重要的戰(zhàn)略問(wèn)題。智能電網(wǎng)的出現(xiàn)，正好是對(duì)這個(gè)問(wèn)題的最好解決方案。按照能量的采集，傳輸和利用的順序，可以把智能電網(wǎng)劃分成6大部分。第一部分是能源轉(zhuǎn)換，包括傳統(tǒng)能源和新型可再生能源；第二部分是傳輸部分；第三部分是電網(wǎng)監(jiān)控；第四部分是存儲(chǔ)和采集；第五部分是智能抄表；第六部分是高效使用端。在這個(gè)電力供應(yīng)鏈中，半導(dǎo)體器件都扮演了很重要的角色，而英飛凌公司的最新產(chǎn)品更是發(fā)揮了重要的作用。以能源部分為例，風(fēng)能最近受到青睞，英飛凌專(zhuān)為風(fēng)能發(fā)電提供了高效的IGBT模塊。相對(duì)于前代產(chǎn)品，新的IGBT4具有更高的能量密度，能進(jìn)一步降低系統(tǒng)成本。此外，在能量轉(zhuǎn)換階段，基于碳化硅和硅的6項(xiàng)技術(shù)可使得能量轉(zhuǎn)化效率大幅提升，具體來(lái)說(shuō)，逆變器的效率將能達(dá)到99%。

圖1  智能電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

汽車(chē)電子
汽車(chē)電子是功率電子器件的另一大應(yīng)用領(lǐng)域，也是英飛凌公司的主營(yíng)業(yè)務(wù)的很大一部分。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每部汽車(chē)平均有25顆英飛凌器件，而平均1/3的發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)由英飛凌的單片機(jī)控制。

當(dāng)下的一個(gè)趨勢(shì)是電動(dòng)汽車(chē)的開(kāi)發(fā)和使用，而電動(dòng)汽車(chē)對(duì)IGBT的要求是非�？量痰模�高溫以及溫度的強(qiáng)烈變化，高強(qiáng)度的機(jī)械震動(dòng)都是需要克服的挑戰(zhàn)。英飛凌的HybridPACKTM系列IGBT模塊是專(zhuān)門(mén)針對(duì)汽車(chē)應(yīng)用開(kāi)發(fā)的，經(jīng)過(guò)了多道嚴(yán)格的測(cè)試。其中，HybridPACKTM1適用于最大電池電壓為450V且功率高達(dá)20kW的輕度混合動(dòng)力汽車(chē)。這種模塊以IGBT溝槽柵場(chǎng)截止技術(shù)為基礎(chǔ)，可實(shí)現(xiàn)較低的開(kāi)關(guān)損耗。其經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)，長(zhǎng)期工作結(jié)溫為150℃，采用六管三相橋結(jié)構(gòu)，額定值高達(dá)400A/600V，將方便客戶(hù)啟動(dòng)混合動(dòng)力汽車(chē)和電動(dòng)汽車(chē)完整逆變器的開(kāi)發(fā)。HybridPACKTM2最大功率為80kW，全混HEV和EV皆可使用，額定電流高達(dá)800A。整個(gè)HybridPACKTM套件包括IGBT模塊、水冷器、驅(qū)動(dòng)器板、適配器板和16位/32位TriCore微控制器，適用于風(fēng)冷或低溫液體冷卻的逆變器系統(tǒng)。另外，還有PrimePACKTM模塊，其采用了英飛凌第四代IGBT，最高結(jié)溫為175℃；通過(guò)將IGBT的位置更靠近基板螺絲固定點(diǎn)的方其法，有效降低了基板與散熱片之間的熱阻效應(yīng)，內(nèi)部雜散電感與同級(jí)產(chǎn)品相比降低約60%，適用于公交汽車(chē)、商用工程車(chē)輛。

圖2  HP1內(nèi)視圖

圖3  HP2內(nèi)視圖

在提供功率模塊的同時(shí)，英飛凌還面向中國(guó)市場(chǎng)提供了多套設(shè)計(jì)平臺(tái)和方案，如完整的ABS/ESC方案，成熟完整的RKE/TPMS設(shè)計(jì)方案及與國(guó)內(nèi)主要供應(yīng)商開(kāi)發(fā)中的AMT，AT TCU方案等。

單片機(jī)
英飛凌公司的X800系列在工業(yè)和汽車(chē)中應(yīng)用廣泛，現(xiàn)在，又有兩個(gè)新的系列：XC82x和XC83x加入這個(gè)家族。其中，XC82x和XC83x微控制器可確保以極其經(jīng)濟(jì)劃算的方式，實(shí)現(xiàn)節(jié)能控制理念。它們集成多種特性，包括電容式觸控和LED矩陣控制器、模擬EEPROM、10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）、與ADC實(shí)現(xiàn)硬件連接的捕獲比較單元（CCU6）、看門(mén)狗定時(shí)器、掉電模式和各種通信接口諸如UART、高速SPI及I2C。XC82x系列還集成了乘除算法單元（MDU）。XC83x則具備一個(gè)16位矢量計(jì)算器和一個(gè)ROM庫(kù)可以實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)定向控制功能,并且還有大電流I/O口（30～50mA）。

在照明領(lǐng)域，以LED為代表的新型照明正在興起，使用LED路燈照明可節(jié)能達(dá)80%。XC82x/XC83x在照明應(yīng)用中可實(shí)現(xiàn)RGB、調(diào)光、溫度等LED燈光控制功能，HID的啟動(dòng)和恒定功率控制，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)現(xiàn)各種智能控制。在馬達(dá)控制中，XC82x/XC83x具有更平滑的換相控制，更低噪聲和較小損耗，無(wú)刷電機(jī)，減少摩擦損耗，減少磨損/維護(hù)工作，無(wú)傳感器磁場(chǎng)定向控制，降低失效的風(fēng)險(xiǎn)；實(shí)現(xiàn)更高效率，連接性；實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，損壞監(jiān)測(cè)，故障警報(bào)。還有一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域是智能電源控制，在控制轉(zhuǎn)換上，XC82x/XC83x的許多優(yōu)化操作使控制更靈活有效，實(shí)現(xiàn)PFC功能并提高AD/DC轉(zhuǎn)換效率，控制蓄電池充電，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)電池平衡。

圖4  基于XC82x/XC83x的路燈控制方案

為了方便工程師開(kāi)發(fā)，英飛凌還提供了免費(fèi)的軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)：支持XC800系列單片機(jī)DAvE Bench for XC800，基于Eclipse的IDE，使用方便；Project和workspace管理，自動(dòng)連接DAvE，集成支持XC800的SDCC編譯器，集成HiTOP Eclipse調(diào)試器，集成FLOAD：Flash下載工具，集成U-SPY：可視化串口調(diào)試界面。通過(guò)多種應(yīng)用套件和工具，可滿(mǎn)足新系統(tǒng)設(shè)計(jì)面臨的急迫的上市時(shí)間要求。

圖5  DAvE Bench操作界面

提高效率，增加系統(tǒng)的智能化，這些都是半導(dǎo)體廠商不懈努力的方向。英飛凌公司在這方面做了很多優(yōu)秀的工作，這些成果將有助于我們進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)綠色世界的夢(mèng)想。