隨著比亞迪推出兆瓦級線充技術、車企爭相布局800V高壓平臺，新能源汽車對電源系統的需求從滿足基礎功能轉向挑戰性能極限。從牽引逆變器到電池管理系統，傳統低壓供電架構的效率瓶頸、空間占用、安全冗余不足等問題也在日益凸顯，成為制約整車性能升級的關鍵因素。

近日深耕電源芯片領域30余年的Power Integrations（以下簡稱PI），憑借其高壓DC-DC轉換技術與平面變壓器創新方案，推出五款面向800V汽車應用的全新參考設計，涵蓋16W至120W的功率水平，完美適配于汽車應用中的DC-DC母線變換、牽引逆變器、應急電源(EPS)、電池管理(BMS)和輔助系統電源等多種應用場景。

DC-DC變換器與汽車的結合點

如今，新能源汽車的高速發展使得汽車對于高壓DC-DC變換的需求日益增多。為了實現更快速地充電，電池包的母線需要達到更高的電壓，而隨著電池包母線電壓的躍升，傳統基于PWM 控制器加分立功率器件的電源架構將面臨兩大挑戰，一是低壓轉換帶來的能量損耗在高壓場景下被指數級放大，二是復雜的多級轉換電路擠占本已緊張的底盤空間。這就需要對高壓轉低壓的電源進行更好地優化。PI高壓轉低壓的DC-DC產品目前已應用在汽車上的不同區域，利用PI電源芯片的優良架構，可以實現傳統DC-DC控制器加單管架構不能達到的高性能特點，滿足汽車上不同區域的特殊供電需求。

以牽引逆變器為例，其核心部件柵極驅動器過去依賴12V電池供電，但新一代SiC模塊對驅動電壓的精度與響應速度要求更高。PI提出的解決方案是直接用高壓母線通過DC-DC轉換供電，省去中間環節，從而提升效率，減少PCB占板面積。  

在PI已量產的牽引逆變器方案中，應急電源的設計尤為關鍵。當12V低壓母線意外掉電時，系統需要在毫秒級的時間內切換到應急電源，并且持續供電。PI資深FAE王曉戈認為，這種雙保險機制不僅滿足ASIL-D功能安全等級要求，還可支持輔助駕駛系統在極端情況下的持續運行。在OBC方面，現在通常的做法是將OBC和DC-DC做在一起，輔助電源可以通過高壓轉低壓的形式去做備份。同樣在動力轉向方面，現在對電源有更多的要求，因為在主動懸架類型的應用中，為了滿足系統的大電流需求，可能需要把傳統的24V/48V供電慢慢切換到高壓供電，以實現短時間的大功率、小體積的供電。

PI的更大野心在于徹底淘汰12V鉛酸電池。通過高壓轉低壓的DC-DC自供電方案，BMS可直接從高壓母線取電，這樣既可以滿足高效率的輔助供電，同時還可以實現功能安全上的備份要求。基于PI產品的優秀的待機功耗特性，可以支持24小時不間斷監控。

充分發揮InnoSwitch3-AQ的優勢

PI進入汽車領域的時間不算長，但發展非常迅速。這得益于PI高能效電源轉換的高壓模擬集成電路業界的領先供應商的定位，其推出的內部集成1700V耐壓SiC功率開關的InnoSwitch3-AQ開關電源IC可提供高達120W的輸出功率，非常適用于800V汽車應用。新推出的五個參考設計也將InnoSwitch3-AQ的優勢充分發揮。

PI資深FAE王曉戈表示，InnoSwitch3-AQ具有同步整流功能，單個控制器優化同步整流時序和Fluxlink通信功能；采用寬禁帶初級開關，即使在高VDC下也能保持低開關損耗；高效率開關控制方法，在整個輸入電壓及負載范圍內效率恒定，開關頻率和電流限流點隨負載變化；集成的初級電流限流點，降低導通損耗等功能。

借助InnoSwitch3-AQ的高集成功能，工程師可將電源的BOM元件數量減少一半，從而節省空間、增強系統可靠性并緩解元器件采購所面臨的挑戰。該器件可以在漏極電壓低至30V的情況下啟動，無需外部啟動電路。此外，還具有包括輸入欠壓保護、輸出過壓保護和過流限制在內的保護功能。空載功耗小于15mW，無需使用光耦器，可提供超過91%的效率。

值得一提的是，5個新參考設計方案上的InnoSwitch3-AQ芯片均采用了PI的新型InSOP-28G封裝，具有5.1mm的寬漏源極引腳爬電距離，該封裝可在初級側施加1000VDC的高壓，無需噴涂三防漆，同時能夠在2級污染的環境當中在引腳之間提供適當的爬電距離和電氣間隙。

從芯片到系統的“交鑰匙”方案

現在汽車廠商都在追求給乘客提供更大的物理空間，隨著產品小型化趨勢愈演愈烈，模塊在各個維度（X、Y、Z）上受到的限制越來越大，這也為工程師提供了創新機會。減小逆變器傳動系統的尺寸40%以上就可以非常方便地實現四驅動力，擴大車內空間，降低底盤高度。現在廠家都在做新架構的研發，這也對電源提出了在更小的尺寸空間里提供滿足功能需要的供電要求，這將能夠發揮出PI電源芯片的小體積、高性能、復雜性低的優勢。

舉例來說，PI新推出的35W超薄型牽引逆變器門極驅動或應急電源，一路24V牽引逆變器柵極驅動輸出或應急電源輸出，RDK-994Q特性有加強絕緣，扁平分立變壓器設計（高度受電容限制），VIN：40–1000V，VOUT：24V，POUT：35W，尺寸為118x50x18mm，牽引逆變器柵極驅動或應急電源。

16W四路輸出超緊湊電源，一路為14V應急電源(EPS)輸出，三路分別有+18V/-5V輸出電壓的門極驅動輸出，提供基本絕緣的高壓側柵極驅動輸出。DER-1045Q特性有加強絕緣，四路輸出設計，VIN：200–1000V，VOUT1：14V，VOUT2,3,4：+18/-5V，POUT：20W，輸出1應急電源，輸出2-4提供基本絕緣的高壓側柵極驅動輸出。牽引逆變器柵極驅動和應急電源。

20W四路輸出超緊湊電源，一路輸出為24.75V的應急電源(EPS)，三路輸出為25.5V的門極驅動電源，具有共模電感的去耦柵極驅動輸出，DER-1030Q特性有加強絕緣，四路輸出設計，VIN：40–950V，VOUT1：24.75V，VOUT2,3,4：25.5V，POUT：20W。輸出1應急電源，輸出2-4具有共模電感的去耦柵極驅動輸出。牽引逆變器柵極驅動和應急電源。

平面變壓器有超小體積和超低高度的特性，其重心更低，振動更小，空間更緊湊，能夠更好管控整個生產制程，并且比傳統的繞線變壓器更輕，一致性更好。目前平面變壓器在不斷刷新降低板高的記錄，從20mm到15mm，再到13mm。它符合IEC 60664-1和IEC 60664-4標準，并提供加強絕緣，使用壽命長，可靠性高，BMS（電池包）可全天候持續工作20年。平面變壓器正在汽車應用上快速普及，PI也推出了平面變壓器的整套方案。

王曉戈表示，平面變壓器的設計難點就在于多層PCB的設計既要兼顧性能，還要兼顧高壓的加強絕緣，尤其是高至1000V的高壓，采用1700V SiC InnoSwitch 3-AQ可實現超扁平設計，支持1000V電壓，具有加強絕緣功能，結構緊湊，性價比高，質量減輕（抗振），實現100%過程控制。同時全新寬爬電距離的InnoSwitch3-AQ封裝簡化了結構，InSOP-28封裝將初級側間距從3.35mm增加至5.1mm，無需噴涂三防漆，滿足污染等級II的安規需求。并且PI在官網提供了很好的設計工具，可以針對平板變壓器的需求實現快速設計。

PI的超薄參考設計RDK-1039Q，是一款采用平面變壓器的18W超薄應急電源，用于牽引逆變器門極驅動器或應急電源。RDK-1039Q特性有取代分立變壓器，加強絕緣，扁平（高度僅受電容限制），VIN：100–1000V，VOUT：12V，POUT：18W/36W（單路最小值），尺寸為77x50.5x12.5mm，牽引逆變器柵極驅動或應急電源。

120W超緊湊平面電源，設計用于縮小或消除笨重的12V電池，RDK-1054Q特性有元件數目少，沒有散熱片，采用平面變壓器，加強絕緣，扁平（高度受電容限制），VIN：200–900V，VOUT：12V，POUT：120W，尺寸為99x62x14.6mm，縮小或消除笨重的12V電池。

面對新能源汽車電源設計的全新挑戰，PI已備好從芯片到整體解決方案的完整工具箱。工程師可以通過分銷商或從P I官網獲取五個參考設計的詳盡的設計規格、電路原理圖、PCB布局、物料清單(BOM)、變壓器設計、性能數據、波形與Gerber文件。

從400V到1000V高壓平臺，從繞線變壓器到平面變壓器，PI的技術演進始終與汽車行業的發展同頻共振。隨著不同參考設計的落地，PI不僅為車企提供了高效、緊湊的電源完整解決方案，更為智能駕駛時代的電源安全樹立了新標桿。或許在未來，這場由PI發起的高壓驅動的電源架構革命將重塑整個汽車電子生態。