電気自動車は自動車業界の発展トレンドとなっていますが、自動車の設計が電動化に向かうにつれて、デジタル コントローラーを最新の電気自動車の高電圧システムに安全に接続できるようにするために、電流絶縁がますます重要になっています。この記事では、電気自動車の設計における主な変更点と絶縁装置のソリューションについて紹介します。
電気自動車の種類: EV、HEV、48V MHEV
世界の自動車メーカーは、新型電気自動車（EV）、ハイブリッド電気自動車（HEV）、48Vマイルドハイブリッド電気自動車（MHEV）を生産するという積極的な計画を発表している。純粋な電気自動車は2桁の成長率を達成しており、48V MHEVシステムの出現により、標準的な内燃機関（ICE）のエンジンサブシステムが電動化されます。48Vマイルドハイブリッド設計の低コストと既存のトランスミッションシステムの改造機能により、自動車アプリケーションにおけるパワーエレクトロニクスの需要がさらに加速するでしょう。
電気自動車の半導体アイソレータ：性能向上
自動車の設計が電動化に向かうにつれ、高ワット数のパワーエレクトロニクスデバイスが新しい電子伝送システムとバッテリーシステムの重要なコンポーネントになります。これらの高ワット数の電子機器は、低電圧デジタル コントローラと通信して制御される必要があり、そのためにはコントローラと電力システム間の電気的絶縁が必要です。これらのアプリケーションでは、デジタル コントローラを最新の電気自動車の 高電圧システム に安全に接続できるようにするために、電流絶縁 (通常は半導体絶縁に基づく) が必要です。
EVバッテリー管理システム
従来のICE車両と競合するには、EV/HEVで使用されるバッテリーは、エネルギー貯蔵密度が非常に高く、自己漏れ電流がゼロに近く、数時間ではなく数分で 充電 できる必要があります。さらに、 バッテリー管理 および関連する電力変換システムは、サイズと重量を最小限に抑える必要があります。EV/HEVバッテリー管理システムは通常、オンボード充電器 (OBC)、バッテリー管理システム (BMS)、DC/DCコンバーター、メインインバーターの4つの主要回路コンポーネントで構成されます。さらに、充電スタンドなど、電気自動車自体以外のシステムにも同様のシステム要件と分離要件があります。
電気自動車における半導体の利用
電気自動車ではさまざまな種類の絶縁技術が使用されていますが、メーカーは光カプラに基づく古いソリューションではなく、半導体に基づく最新の絶縁技術にますます注目しています。要求の厳しい自動車用途の光カプラと比較すると、これらの最新アイソレータには、耐用年数が長く、温度および経年安定性が大幅に改善され、スイッチング速度が速く、ノイズ耐性が高くなるなど、多くの利点があります。
電気自動車における窒化ガリウム（GaN）と炭化ケイ素（SiC）
自動車サプライヤーが、増大し続ける電力密度に対応するためにブロードバンドギャップパワートランジスタ（GaNやSiCなど）を採用するにつれて、半導体ベースの絶縁の利点が重要になります。これらのGaNまたはSiCシステムでは通常、システムの磁性材料のサイズを縮小するために、より高速なスイッチング速度が使用されます。
Si IGBTと比較すると、SiCシステムは、より高いブロッキング電圧、より高い動作温度、およびより高いスイッチング速度を提供し、GaNスイッチは、低kWから10 kWまでの広範囲の電源システムの利点を提供します。GaNはスイッチング損失が低く、スイッチング速度が速く、電力密度が高く、熱収支が優れているため、電気自動車の出力とエネルギー効率が向上し、重量とコストが削減されますが、これにより電気ノイズが大幅に増加します。
電気自動車における半導体絶縁
さらに、電気自動車は電気システムの容積と重量を削減することを目指していますが、これらのシステムのサイズを縮小し、電力密度を高めると動作温度が上昇し、光カプラに過度のストレスがかかり、その性能が低下します。これらの高温範囲での半導体絶縁は、明らかにパフォーマンスと信頼性が向上します。高速かつノイズの多い環境に最適です。
電気自動車システムの絶縁要件を満たすには、Silicon Labsが導入したSi8239x絶縁ゲート ドライバが適切なソリューションです。Silicon Labsが提供するSi8239xアイソレータは、さまざまなスイッチング電源やモーター制御アプリケーションにおけるパワーMOSFETおよびIGBTの駆動に特に適しています。Silicon Labsの独自のチップ分離技術をベースにしたSilicon LabsのSi8239xアイソレータは、高いノイズ耐性、サポート遅延と傾斜の低減、温度と経年変化による変化の低減、部品間の緊密なマッチングを実現します。Si8239xデバイスは最大5 kVRMSの耐電圧をサポートします。
の 部品番号 独立した入力制御または高電力アプリケーションに適した独立した入力を備えた2つの独立したドライブを組み合わせます。Si8239xは、出力UVLO障害検出、2つのドライブのフィードバックと自動シャットダウン、EN (アクティブ ハイ) のDIS (アクティブ ロー) の置き換え、1ミリ秒の安全遅延開始時間、デフォルトのロー状態の自動アンチフォールト ドライバ (VDDIに障害が発生した場合)、および高精度のデッド タイムのプログラム可能性など、さまざまな独自の機能を備えています。すべてのドライバは、2.5 V - 5.5 Vの入力VDDと24 Vの最大駆動電源電圧を使用します。
電気自動車イノベーションの未来
電気自動車の設計は前例のない革新を達成しました。自動車のデジタル化が進むにつれて、GaNまたはSiCブロードバンドギャップパワートランジスタを搭載したデバイスがますます増加し、電流アイソレータの需要が高まります。したがって、Silicon LabsのSi8239xアイソレータは、関連アプリケーションに最適な選択肢となります。