汽车级门极驱动板的“天花板”——PI SCALE EV系列头号成员2SP0215F2Q0C

ASIL代表汽车应用的安全完整性的等级，是由汽车电子设备安全标准ISO 26262定义的风险分类方案。等级越高，表示对人们的生命和财产的危害性越大。为了降低电气和电子系统的故障或意外行为引起的危害而导致的不合理风险，汽车厂商开发出一系列的功能。例如为了保证急刹车时，车辆是逐渐停止而不是突然锁死，避免车辆剧烈抖动甚至变向造成人的危害，开发出ABS自动防抱死系统；为了保证在出现车祸时，五秒钟之内把高压母线电压放电到小于60伏的安全水平电压从而保护乘客和救援人员，开发出主动放电功能和主动短路功能等。

如果电动汽车必须在低至30V（SELV+裕量）的母线电压下运行，EPS应急电源如何在驱动控制紧急断电时接管工作，并在车辆安全停止时使用直流母线为系统供电呢？这可能需要栅极驱动器提供非正常工况下的驱动信号来产生短路（半桥中的两个开关都打开）的工作状态，以提供放电路径。驱动器的重要性在于它可以对驱动信号加以调整，防止在此操作期间造成开关过热而损坏，导致严重的系统问题。

PI 近日推出的SCALE EV系列双通道门极驱动器2SP0215F2Q0C，是市场上首款唯一通过汽车级认证的门极驱动板，具有1200V的加强绝缘强度及先进的故障汇报功能，非常适合于电动巴士、电动卡车、农用及建筑用车辆内部的牵引逆变器，氢燃料电池变换器、电池储能或其他需要有更高车规认证可靠性要求的应用。

SCALE EV系列门极驱动器内部集成两个增强型门极驱动通道、相关供电电源和监控遥测电路。它不仅本身满足汽车级ASIL-B认证(ISO 26262)，可适用于ASIL-C/D系统应用，而且板上的电阻、电容、磁性元件、芯片等元器件也满足AEC Q100/101/200认证。它还可以优化用于标准的车规功率模块，同时支持耐压达1200V的IGBT或SiC MOSFET模块产品。2SP0215F2Q0C是PI第一个发布的SCALE EV系列成员，是专为EconoDUAL 900A 1200V IGBT半桥模块设计的产品。

2SP0215F2Q0C适合于通用EconoDUAL模块的SCALE EV方案，是针对于英飞凌FF900R12ME7W_B11 IGBT电源模块推出的双通道门极驱动器。2SP0215F2Q0C提供加强绝缘，可适应5500米海拔的恶劣条件，具有高级的保护和报告功能，包括DC母线电容的主动放电、主动短路功能、高级的具备软关断特性的过压控制、Dsat检测(退饱和检测)、隔离的NTC温度测量、门极信号翻转监测，以及比特流遥测报告给主控制器。2SP0215F2Q0C设计优势明显、反应速度快，对于SiC MOSFET开关的短路和过流响应时间小于1微秒，而IGBT开关的短路和过流响应时间小于3微秒。此外，它还具有非常高的集成度，可使整个驱动板（包括门极电源）的尺寸大小完全适合于功率模块，同时提供符合IEC 60664标准的加强绝缘所需的间距。ASIC封装可提供11.4mm的爬电距离和电气间隙，安全满足高达800V汽车系统电压的要求。

PI资深技术培训经理阎金光表示，提供上管和下管的驱动信号的SCALE EV板的接口连接简单可靠，双连接器X300/X400支持功能安全要求，具体包括5V供电轨、PWM输入、主动短路/放电使能输入、主动短路/放电模式输入、比特流遥测输出、故障状态输出、供电返回端。

而功能安全需要系统具有主动短路（ASC）特性。一是为了防止故障期间DC母线出现过压（这时高压电池已经断开)，二是为了提供反向转矩使电机减速运转，逐渐停下来。

在介绍2SP0215F2Q0C节省外围元件的优点时，阎金光说：“2SP0215F2Q0C可以利用IGBT本身来进行直流母线的放电，进而节省50-100个外围元件。为了给直流母线放电，以前我们会设计一个由MOS管和很多电阻的专用放电电路，而这会产生大量的外围元件。但当采用逆变器当中的功率开关管来进行放电的话，上管跟下管同时开通之后，DC+和DC-就短路，执行放电了。但是如果功率开关管完全饱和的话，大电流会造成IGBT或者MOS管的损坏，所以2SP0215F2Q0C对开通时间进行了一个特别的设定，使它的电流工作在最大电流的50%以下。同时2SP0215F2Q0C把占空比控制得很低，大概在0.1%到2%。在采用三个半桥模块时具有故障冗余特性。”

主动放电功能是降低DC母线的电压。我们来看下面的这个测试，如果母线使用是1250μF电容、800V DC母线电压、10kHz开关频率、2µs脉宽，那么经过180ms，电压就泄放下来了。

值得一提的是，2SP0215F2Q0C的数字遥测端口还可以提供故障诊断及故障信息。由比特流输出提供相应数据，SO引脚输出状态明确故障类型。两者相互配合，可以更好地使车辆进入到保护状态。

我们都知道，在做汽车牵引逆变器研发期间，需要尽量加快产品研发过程。为了能够帮助工程师快速、方便地对设计进行调整，PI免费提供用于工程研发调试的测试/开发接口板及相关软件。软件支持安装到工程师的电脑上面，使用方便。接口板RDHP-2250Q，支持连接2SP0215F2QC0驱动板到工程师的电脑。一方面，便于测量相关信号；另一方面，解码的遥测数据可以通过USB接口显示于PC机软件上。

除此之外，PI还提供可用于展示性能的大量测试数据，例如高功率测试、短路、单/双脉冲测试、E on / E off、抗扰度、共模瞬态抗扰度（CMTI）。这些大量的测试数据都是为了保证逆变器的可靠安全工作。目前PI SCALE EV系列只有一个型号2SP0215F2Q0C-FF900R12ME7W-B11，可提供1200V电压、900A电流、Si-IGBT Gen7,Si-diode功率模块技术，支持EconoDUAL封装，也可提供可选的保护涂层服务和对其他特殊IGBT或SiC芯片开关性能进行调整的服务，且可根据新型模块的外形尺寸重新定制板面大小。此款功率模块供应商是英飞凌，PI也可为其他公司定制产品。

作为PI SCALE EV系列的头号成员，2SP0215F2Q0C为门极驱动板开辟了专业级的汽车应用领域，标志着电动汽车更安全时代的到来。