【導讀】全球范圍內，電動(dòng)汽車(chē)（EV）行業(yè)正處在一個(gè)快速成長(cháng)期。根據麥肯錫的預測，在2021至2030的十年間，全球乘用車(chē)的總銷(xiāo)量預計約為8億臺，其中電動(dòng)汽車(chē)的銷(xiāo)量將達到約2.2億臺，其滲透力可謂勢不可擋。
但伴隨著(zhù)迅速增長(cháng)的市場(chǎng)規模，還有越來(lái)越多的“吐槽”。這主要是因為電動(dòng)汽車(chē)作為一個(gè)“新物種”，縱有千般優(yōu)點(diǎn)，在現階段面對已歷經(jīng)百年發(fā)展歷程的傳統燃油車(chē)，用戶(hù)體驗上還是差強人意，這就使得用戶(hù)難于實(shí)現完美而無(wú)憂(yōu)的“平替”。而槽點(diǎn)主要集中在續航和補能（充電）方面。
800V高壓充電時(shí)代來(lái)臨
為了實(shí)現電動(dòng)汽車(chē)的快充，優(yōu)化用戶(hù)的駕乘體驗，核心的要義只有一條——提升功率；而在“如何提升功率”技術(shù)路徑的選擇上，則有“大電流”和“高電壓”兩個(gè)不同的技術(shù)流派。
“大電流”派的思路是在不改變當前電動(dòng)汽車(chē)400V電壓架構的前提下，通過(guò)增大電流來(lái)提升充電功率。特斯拉就是這個(gè)流派的“帶頭大哥”，其超級充電樁工作電流峰值高達600A，可提供250kW的功率。
不過(guò)“大電流”快充方案有兩個(gè)先天的短板：一是大電流會(huì )在整個(gè)功率傳輸鏈路上產(chǎn)生更高的熱損耗，需要額外的散熱系統，這無(wú)疑會(huì )增加系統不確定性；二是為了提供更大的載流能力，需要采用更粗（也更重）的線(xiàn)束，以及體積更大的連接器等配套元器件，這對于空間有限且對控制自重有嚴苛要求的汽車(chē)應用是不小的挑戰。因此，業(yè)內普遍的認識是，“大電流”的快充方案更容易碰到性能提升的“天花板”。
而與之相比，“高電壓”方案的思路是將電動(dòng)汽車(chē)充電電壓從傳統的400V提高到800V，無(wú)需大幅提升電流也能達到更理想的快充效果，且不需要更換更粗的線(xiàn)束和相關(guān)元器件。而且有研究表明，采用800V高壓模式的快充支持30%-80% SoC最大功率充電，而低壓大電流模式僅能在10%-20% SoC進(jìn)行最大功率充電，也就是說(shuō)800V高壓模式能支持更長(cháng)時(shí)間的快充。
2019年保時(shí)捷發(fā)布了全球首款采用800V高壓系統的Taycan車(chē)型，僅用23分鐘就能將電池電量從5%充至80%，這算是給大家打了個(gè)樣，此后越來(lái)越多的車(chē)企都加入到了這個(gè)“800V快充系統”俱樂(lè )部，“充電5分鐘，續航200公里”推廣語(yǔ)的聲浪也越來(lái)越大。
雖然800V高壓系統的設計仍面臨著(zhù)諸多挑戰，不過(guò)越來(lái)越多的人都認同“高電壓”的技術(shù)路線(xiàn)終將勝出，我們正在邁入800V電動(dòng)汽車(chē)的時(shí)代。
大功率下的車(chē)用元器件
當然，電壓從400V提高到800V這個(gè)升級并不簡(jiǎn)單。從系統級的角度看，這關(guān)系到整個(gè)電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力系統，涉及逆變器、電機驅動(dòng)、DC-DC、車(chē)載充電器（OBC）等很多組件子系統的同步升級，可謂牽一發(fā)動(dòng)全身，這就需要設計出新的系統架構去滿(mǎn)足綜合性?xún)r(jià)比的要求。
從元器件級來(lái)看，在更大功率的電動(dòng)車(chē)系統中，必然要求基礎的元器件能夠經(jīng)得住考驗，跟上市場(chǎng)發(fā)展的要求。盡管通過(guò)一些巧妙的系統設計上的優(yōu)化，很多400V系統中的元器件在800V系統中仍然可以使用，但是根據技術(shù)趨勢進(jìn)行預判，未雨綢繆，提供未來(lái)更大功率所需的車(chē)用元器件，仍然是元器件供應商在面對快速發(fā)展的電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)時(shí)的必修課。
綜合來(lái)看，大功率場(chǎng)景中的車(chē)用元器件除了要滿(mǎn)足基本的車(chē)規要求外，還需要在以下幾個(gè)方面進(jìn)行“修煉”，建立優(yōu)勢能力：
更高的功率密度
更高的功率往往伴隨著(zhù)更高的功率損耗和熱量耗散，因此就需要元器件在高效率、低能耗方面有過(guò)人之處。與此同時(shí)，車(chē)用環(huán)境對空間的敏感性，也使得元器件外形封裝要盡量緊湊。兩個(gè)因素疊加，具有更高功率密度的元器件，顯然更有競爭力。
更高的安全性
功率更高，意味著(zhù)在控制和傳輸功率時(shí)要確保更高的安全性和可靠性。比如800V架構由于電壓更高，在控制和保護電路中產(chǎn)生損壞電弧的幾率也更大，因此必須要滿(mǎn)足更嚴格的隔離要求。
更精準的感測
想要實(shí)現更精準的大功率控制和管理，一個(gè)前提就是要增加系統中的感測元器件，能夠準確測量電池、負載等對象的電信號并將其傳輸到控制側。而元器件數量和系統復雜性的增加，會(huì )提高失效率（FIT），這也會(huì )轉變?yōu)閷δ馨踩男绿魬稹?/p>
顯而易見(jiàn)，只有不斷豐富和優(yōu)化自己的產(chǎn)品組合，滿(mǎn)足上面這些設計要求，元器件廠(chǎng)商才能夠從容應對大功率汽車(chē)應用開(kāi)發(fā)中的諸多挑戰。
Vishay的電動(dòng)汽車(chē)解決方案
車(chē)用元器件一直是Vishay的優(yōu)勢領(lǐng)域。在電動(dòng)汽車(chē)時(shí)代，Vishay也在進(jìn)一步鞏固這一優(yōu)勢，不斷推出能夠滿(mǎn)足電動(dòng)汽車(chē)大功率應用開(kāi)發(fā)所需的元器件產(chǎn)品和解決方案。下面就是其中一些代表性的產(chǎn)品。
SQJ汽車(chē)用MOSFET
功率MOSFET是大功率汽車(chē)應用中最為關(guān)鍵的半導體器件之一，隨著(zhù)電動(dòng)汽車(chē)電源架構的升級，更低損耗、更高效率、更高耐壓、更高可靠性的器件自然成為了大家追求的目標。為了實(shí)現這一目標，一方面人們在積極推動(dòng)SiC MOSFET這類(lèi)新型器件的發(fā)展和應用，以期獲得性能的全面提升；另一方面也在對傳統的Si MOSFET深度挖潛，提供更具性?xún)r(jià)比的解決方案。
Vishay / Siliconix的SQJ汽車(chē)用MOSFET，是TrenchFET?? Gen IV N溝道30VDS至100VDS功率MOSFET，這些MOSFET符合AEC-Q101標準，且100%經(jīng)過(guò)Rg和無(wú)鉗位電感開(kāi)關(guān)（UIS）測試，RDS(on)低至0.7 mΩ，且具有行業(yè)先進(jìn)水平的FOM參數，進(jìn)一步優(yōu)化了開(kāi)關(guān)特性。SQJ汽車(chē)用MOSFET具有非常低的RDS(on)，在低功耗方面也很有優(yōu)勢。該功率MOSFET采用PowerPAK SO-8L封裝，支持很寬的結溫范圍（-55°C至175°C），能夠適應電機驅動(dòng)、電池管理等嚴苛的電動(dòng)汽車(chē)應用的要求。
圖1：SQJ汽車(chē)用MOSFET
（圖源：Vishay）
VOA300汽車(chē)級線(xiàn)性光耦合器
在電動(dòng)汽車(chē)電池管理系統（BMS）的開(kāi)發(fā)中，一方面需要完成電池電壓檢測和信號傳輸，另一方面還要在高壓電池側和低壓控制側之間實(shí)現可靠的隔離，這時(shí)就需要一款高性能的光耦合器來(lái)?yè)撨@個(gè)重要角色。
Vishay的VOA300汽車(chē)級線(xiàn)性光耦合器專(zhuān)門(mén)設計用于BMS中的電壓檢測，器件內部?jì)啥朔謩e集成了一個(gè)紅外發(fā)射、一個(gè)隔離反饋和一個(gè)輸出的PIN光電二極管，具有1.4MHz寬帶寬，與其他標準光耦合器相比，在快速響應（1.2μs數據傳輸）、增益穩定性（±0.005% /°C）和隔離電壓（5300VRMS）等方面都實(shí)現了更高的性能。VOA300符合AEC-Q102標準，除了BMS，在車(chē)載充電器（OBC）電壓監測、DC/DC轉換器和AC/DC逆變器級電壓監測方面也可一展身手。
圖2：VOA300汽車(chē)級線(xiàn)性光耦合器
（圖源：Vishay）
WSLP3921和WSLP5931大功率電阻器
在為功率系統提供準確的電流測量時(shí)，需要用到高性能和高可靠性的大功率分流電阻器，在這方面Vishay有一款非常值得稱(chēng)道的產(chǎn)品。
Vishay / Dale的WSLP3921和WSLP5931大功率電阻器可以支持高達15W的功率，由于其是由單個(gè)金屬條制成，因此具有極低的電阻值（低至0.1mΩ），以及0.5nH至5nH的超低電感值。這些表面貼裝Power Metal Strip??功率電阻提供3921和5931外殼尺寸，采用全焊接結構，非常適合用于電流感應、分壓和脈沖應用。符合AEC-Q200標準的WSLP3921和WSLP5931電阻器，在大功率汽車(chē)應用上顯然也是游刃有余。
圖3：WSLP3921和WSLP5931大功率電阻器
（圖源：Vishay）
MKP1848Se DC-Link薄膜電容器
在大功率電動(dòng)汽車(chē)系統中，各種元器件無(wú)疑會(huì )經(jīng)受更嚴苛的考驗，這時(shí)高可靠性、高穩定性的物料肯定是優(yōu)選方案。具體到電容器，薄膜電容器憑借其耐高壓、抗紋波能力強、可靠性和安全性高、性能穩定、壽命長(cháng)、無(wú)極性等優(yōu)點(diǎn)，在電動(dòng)汽車(chē)應用上頗受青睞，應用廣泛。
在這個(gè)產(chǎn)品線(xiàn)上，Vishay / Roederstein的MKP1848Se DC-Link薄膜電容器很值得推薦。該系列汽車(chē)級金屬化聚丙烯直流支撐（DC-Link）薄膜電容器具有高紋波電流、低ESR和ESL等特性，而且其在額定 UNDC 條件下經(jīng)受56天60°C、93%相對濕度的THB測試，具有高達105°C的工作溫度，可靠性和耐用性出眾。同時(shí)，該系列薄膜電容器的高度僅有12mm，因此十分適合空間受限的汽車(chē)應用。MKP1848Se系列薄膜電容器提供1μF至75μF的額定電容值，容值精度有5%和10%，額定電壓為500V至1,200V，符合AEC-Q200標準，在電動(dòng)汽車(chē)中的典型應用包括電源轉換器、板載和感應充電系統、HVAC系統和電機驅動(dòng)器等。
圖4：MKP1848Se DC-Link薄膜電容器
（圖源：Vishay）
打造完整參考設計
對于真正的電動(dòng)汽車(chē)大功率系統開(kāi)發(fā)來(lái)講，認識了上述這些適用元器件僅是完成了“選料”的第一步，如何在設計中將它們整合在一起，形成完整、可商用的產(chǎn)品或方案，才是更大的挑戰。
幸運的是，Vishay已經(jīng)搶先一步意識到這一點(diǎn)，所以近年來(lái)一直在基于這些高性能車(chē)用元器件，針對電動(dòng)汽車(chē)大功率應用的“痛點(diǎn)”打造完整的參考設計。這些參考設計包括完整的設計文件和BOM，以及其他相關(guān)的設計資源，可以大大加速相關(guān)功能組件的評估和研發(fā)工作。
比如下面這款Vishay新近推出的800VDC/ 50A雙向eFuse參考設計，它是采用半導體器件設計的可恢復電子保險絲（efuse），可取代機械繼電器和接觸器以及傳統的不可恢復保險絲，代表著(zhù)高功率應用中控制和保護系統設計的新趨勢。
圖5：800VDC / 50A雙向eFuse參考設計
（圖源：Vishay）
這個(gè)在雙面四層PCB（FR4）上構建的eFuse參考設計，采用先進(jìn)的SiC MOSFET作為主開(kāi)關(guān)，能夠在動(dòng)力電池組的高壓電源與各種類(lèi)型的車(chē)用負載之間實(shí)現快速安全的開(kāi)關(guān)操作，可支持最高50A的工作電流，應對高達40kW的連續功率。值得一提的是，其在全功率下連續運行時(shí)損耗小于25W，因此不需要主動(dòng)冷卻裝置，由此可見(jiàn)其在高能效設計方面表現十分出眾。
除了大功率開(kāi)關(guān)控制，這個(gè)800VDC雙向eFuse參考設計還具有可靠的保護功能。如果電流超過(guò)預定限制，負載將快速從電池組斷開(kāi)，以保護電池組和用戶(hù)。該eFuse還設計有預載、連續電流監測和過(guò)流保護功能，故障后關(guān)機僅需2.5μs。
圖6：800VDC/ 50A雙向eFuse參考設計電路板
（圖源：Vishay）
在該參考設計的BOM中，可以看到很多Vishay車(chē)用元器件的身影，比如我們上文介紹的VOA300汽車(chē)級線(xiàn)性光耦合器，就負責在高壓側和控制側之間提供可靠的隔離，同時(shí)提供高達200kHz的數字信號傳輸，使得電壓和電流測量信號能夠“穿過(guò)”隔離屏障進(jìn)行傳輸。同時(shí)，WSLP3921功率電阻器在這個(gè)eFuse中作為電流感測分流電阻，也是精確測量負載電流不可或缺的一顆料。
總之，通過(guò)這樣的參考設計，Vishay將各種元器件整合成一個(gè)完整的解決方案，呈現在用戶(hù)面前，為大家帶來(lái)更直觀(guān)的功能和開(kāi)發(fā)體驗，藉此也讓自己的技術(shù)優(yōu)勢得以充分展現。如需了解更多800V、50A 雙向 eFuse 參考設計，請點(diǎn)擊文末“閱讀原文”。
本文小結
向更大功率系統演進(jìn)，提供更佳的用戶(hù)體驗，已經(jīng)成為電動(dòng)汽車(chē)開(kāi)發(fā)中的大趨勢。800V架構及其他大功率的應用開(kāi)發(fā)，對于很多開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)也是一個(gè)全新的嘗試，這個(gè)過(guò)程就像是“烹小鮮”，需要選擇合適的“食材”（元器件），料理出一道“美味”（解決方案）。
Vishay不僅能夠為你提供所需的好“料”，還親自“下廚”，用這些好“料”打造出完整的參考設計，讓大家能夠搶“鮮”品嘗到創(chuàng )新科技帶來(lái)的全新體驗。這些在800V電動(dòng)汽車(chē)時(shí)代選好“料”、烹小鮮的訣竅，歡迎大家一起來(lái)圍觀(guān)——
來(lái)源：Mouser
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