Der EV-Markt boomt und die Ausweitung des Ladestationennetzes hilft, Emissionen zu reduzieren und die Akzeptanz von Elektrofahrzeugen gegenüber herkömmlichen Antriebsmodellen zu fördern. Im Zuge der ständigen Fortschritte bei EV-Ladesystemen werden Probleme in den Bereichen Leistung, Größe und Preis nach und nach gelöst, was die Reichweitenangst der Eigentümer von Elektrofahrzeugen immer mehr zerstreut.
Mehr Leistung und höhere Energiedichte
Fortschritte auf den Gebieten Leistung und Dichte ermöglichen kürzere DC-Ladezeiten und verbessern die Effizienz durch Erhöhung des Spannungsniveaus. SiC-Technologien spielen eine entscheidende Rolle bei diesen Trends, während Power Integrated Modules (PIMs) Vorteile wie Kompaktheit, überlegenes Wärmemanagement, Zuverlässigkeit und gute Herstellbarkeit bieten. Höhere Schaltfrequenzen mit WBG ermöglichen kompaktere und leichtere Systeme.
Übersicht der Topologien für Drei-Phasen-PFC- und DC-DC-Stufen
Auf dem Markt werden unterschiedliche Topologien für Drei-Phasen-PFC- und DC-DC-Stufen eingesetzt. Zu den typischen Topologien gehören die unidirektionale Drei-Schalter-Vienna, NPC-, A-NPC-, T-NPC- und die bidirektionale Sechs-Schalter-Konfiguration. Für DC-DC-Stufen werden häufig Vollbrücken-, Phasenverschiebungs-LLC- und DAB (Dual Active Bridge)-Architekturen verwendet. Zu diesen Architekturen gehören Zwei- und Drei-Ebenen-Systeme, für die Schalter und Leistungsdioden mit Nennspannungen von 600–650 oder 900–1.200 V erforderlich sind. Dabei werden zunehmend SiC-basierte Leistungsmodule bevorzugt und IGBT- oder hybride Lösungen als Alternativen genutzt.
Für schnelles DC-EV-Laden optimierte SiC-PIMs (Power Integrated Modules)
Für schnelles DC-EV-Laden gibt es jetzt eine dedizierte und sofort einsetzbare PIM-Familie mit SiC-Durchbruchsnennspannungen von 1.200 und 900 V. Halbbrücken- und Vollbrücken-Topologien in F1- und F2-Paketen mit sehr niedrigem RDSon-Wert (6–40 mΩ), überlegener thermischer Leistung und hervorragender Zuverlässigkeit durch die von onsemi entwickelte patentierte SiC-Terminierungsstruktur. Dazu sind für spezifische Projektanforderungen alternative Konfigurationen möglich.
Kabelgebundene und kabellose Kommunikation
Bewährte Protokolle ermöglichen nahtlose Konnektivitätsoptionen für die Ladesynchronisierung zwischen Ladegerät und Fahrzeug. CHAdeMO nutzt CAN, während CCS PLC als Bus verwendet, insbesondere der HomePlug Green PHY mit dedizierten Controllern. Weitere Kommunikationsverfahren in der Leistungsstufe, wie etwa CAN, PLC oder RS485, können vom OEM gewählt werden. Zu den externen Konnektivitätsoptionen gehören BLE, Wifi4/6, LTE und RF, ausgenommen HomePlug Green PHY.
Integration von Energiespeichersystemen (ESS) und Solarenergie
Die Integration von Energiespeichersystemen (ESS) und die Nutzung von Solarenergie unterstützen schnelle und ultraschnelle Ladestationen. Diese Ladestationen können Speichersysteme einbinden, um Energie außerhalb von Spitzenzeiten oder aus Solarquellen zu nutzen und so die Betriebszeiten einer Ladestation zu optimieren. In solchen Szenarien können sich DC-DC-Wandler mit einem Hochspannungsbus verbinden, um Elektrofahrzeuge effizient laden zu können.
Branche: Energieinfrastruktur – DV-EV-Ladegeräte
Anwendungen:
- DC-Wallbox (20–30 kW)
- Schnelle DC-Ladegeräte (50–150 kW)
- Ultraschnelle DC-Ladegeräte (150 bis über 400 kW)
Das Modell NCP12711 ist ein PWM-Controller mit fester Frequenz und Spitzenstrommodus und allen Merkmalen, die für die Implementierung einendiger Leistungswandlertopologien erforderlich sind. Das Gerät operiert von 4 bis 45 V ohne Hilfswicklung und innerhalb seiner thermischen Kapazität. Der Controller enthält einen programmierbaren Oszillator für den Betrieb von 100 kHz bis 1 MHz mit integrierter Flankenkompensation zur Vermeidung subharmonischer Oszillationen. Er beinhaltet programmierbaren Soft-Start, Eingangsspannungs-UVLO-Schutz sowie eine Überlastungsschutz-Schaltung, die die Gesamtleistungskapazität der Schaltung bei zunehmender Eingangsspannung begrenzt.
Eigenschaften
- Breiter Eingangsbereich (4–45 V)
- 100 kHz bis 1 MHz
- 1 A-Quelle/Sink-Gate-Treiber
- Ausgangs-OVP-Fehler-Schnittstelle
Vorteile
- Begrenzung der Gesamtleistungskapazität
- Thermischer Schutz
- Verbesserte EMI-Signatur
- Keine Bedarf an Hilfswicklungen
- Für PSR- und nicht isolierte DC/DC-Wandler
Markt und Anwendungsschwerpunkte
- Einendige Sperr- und Durchflusswandler für Elektrofahrzeuge
- DC/DC-Controller mit 4–45 V Eingang für Hilfsspannung
Das Modell NCV7755 ist ein integrierter Treiber für die Automobilindustrie mit acht High-Side-Schaltern. Das Gerät bietet Treibereigenschaften bis zu 700 mA pro Kanal und ist gegen Überlast und Übertemperaturen geschützt. Ausgangssteuerung und Diagnoseberichte erfolgen über SPI. Dazu können INx-Pins allen Ausgängen zum Direktantrieb zugeordnet werden.
Eigenschaften
- Oktal-Kanal, gesteuert über SPI oder Antriebspins
- Notfallmodus mit automatischer Wiederholung auf zwei Ausgängen
- Zwei interne unabhängige PWM-Generatoren für LED-Ansteuerung
- Spannungsversorgungsüberwachung
- Schutz
- Überstrom
- Open Load
- Umgekehrte Polarität
- Erdungsverlust
Vorteile
- Diagnostik über SPI
- Ermöglicht den Betrieb bis hinunter zu Vs = 3 V bei Startbedingungen
- Leuchtmitteleinschalt-Modus
- Parallelisierung von zwei Ausgängen möglich
- Ruhemodus für geringen Energieverbrauch
Markt und Anwendungsschwerpunkte
- Fahrzeugkarosserie-Steuerungseinheit
- Relais-Antrieb
- Leuchtmittel-Antrieb
- LED-Antrieb
Das Modell NCV84120 ist ein vollständig geschützter High-Side-Treiber mit einem Kanal zum Schalten verschiedener Lasten wie etwa von Leuchtmitteln, Magnetventilen oder anderen Betätigern. Das Gerät beinhaltet modernste Schutzeigenschaften wie etwa aktives Einschaltstrommanagement, Abschaltung bei Übertemperatur mit automatischem Neustart sowie eine aktive Überspannungsklemme. Ein dedizierter Stromsensor-Pin ermöglicht die präzise analoge Stromüberwachung des Ausgangs sowie die Fehleranzeige bei Kurzschluss zu VD, Kurzschluss zur Masse und Open-Load-Erkennung im AUS-Zustand. Ein aktiver Stromsensoraktivierungs-Pin ermöglicht die Aktivierung aller Diagnose- und Stromerkennungsfunktionen.
Eigenschaften
- 41 V, Rdson 120 mΩ, Io-Typ 18 A
- Niedriger Ruhestrom
- Eingangsstrommanagement
- Thermische Abschaltung mit automatischem Neustart
- Integrierte Klemmen für Überspannungsschutz und induktive Lastschaltung
- Überstromschutz
- Analoge Stromerkennung
- Diagnosefunktionen
Vorteile
- Höhere Zuverlässigkeit und Vermeidung von Beschädigungen
- Kurzschluss zu VD, Kurzschluss zur Masse, Open Load im AUS-Zustand
- Begrenzt den Strom bei Kurzschlüssen
- Präzise Stromüberwachung
Markt und Anwendungsschwerpunkte
- Motortreiber
- Relais-Treiber und Relais-Ersatz
- Magnetspulen- und Ventilbeleuchtung
- Bordnetzsteuergerät
- Smart Junction Boxes
- Türsteuermodul
Das Gerät NCP731 basiert auf einer einzigartigen Kombination von Merkmalen: sehr geringes Rauschen, niedriger Ruhestrom, schnelles Einschwingverhalten und große Ein- und Ausgangsspannungsbereiche. Der NCP731 LDO-Regler ist für Eingangsspannungen bis zu 38 V und Ausgangsstrom bis zu 150 mA geeignet. Sehr geringes Rauschen (8 µVRMS) macht dieses Gerät zur idealen Lösung für Anwendungen, bei denen saubere Spannungsschienen äußerst wichtig für die Systemleistung sind (Leistungsbetriebsverstärker, Analog-zu-Digital- und Digital-zu-Analog-Wandler und andere analoge Präzisionsschaltungen). Das Gerät (Version B) implementiert eine PG (Power Good)-Schaltung, die anzeigt, ob die Ausgangsspannung regulär ist. Dieses Signal kann zur Leistungssequenzierung oder als Mikrocontroller-Reset verwendet werden. Interne Kurzschluss- und Übertemperatur-Schutzvorrichtungen schützen das Gerät gegen Überlastzustände.
Eigenschaften
- Betriebseingangsspannungsbereich: 2,7 bis 38 V
- Ausgangsspannungsanpassungsbereich: 1,2 bis 35 V
- Sehr geringes Rauschen: 8 µVRMS (10 Hz bis 100 kHz)
- Niedriger Ruhestrom: 48 µA typ.
- Niedriger Dropout-Wert: 230 mV typ. bei 150 mA
- Genauigkeit der Ausgangsspannung ±0,6 %
- Power-Good-Ausgang mit programmierbarer Verzögerung (Version B)
- Stabil mit kleinen 1-µF-Keramik-Kondensatoren
- Soft-Start-Eingangs-Pin
Anwendungen
- Versorgungsschienen für OpAmps, ADCs, D/A-W
- Versorgungsschienen für analoge Präzisionsschaltungen
- Versorgungsschienen für Audio-Schaltungen
- Post-DC-DC-Wandler-Regulierung
- Restwelligkeitsfilterung
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Das Modell NCIV9311 ist ein galvanisch isolierter bidirektionaler Drei-Kanal-Digitalisolator mit hoher Geschwindigkeit und Ausgangsaktivierung. Dieses Gerät unterstützt die isolierte Kommunikation zwischen Systemen ohne leitende Erdungsschleifen oder gefährliche Spannungswerte. Es nutzt galvanische Off-Chip-Keramikkondensator-Isolationstechnologie sowie ein optimiertes IC-Design für sehr hohe Isolation und hohe Immunität gegen Rauschen, hohe Gleichtaktunterdrückung sowie Spannungsversorgungs-Unterdrückungsspezifikationen. Das dicke Keramiksubstrat ermöglicht Kondensatoren mit der ca. 25-fach höheren dielektrischen Dicke gegenüber anderen Technologien. Das Ergebnis ist eine Kombination elektrischer Leistungsvorteile der Digitalisolatoren mit einer Sicherheitszuverlässigkeit einer mehr als 0,5 mm dicken Isolationsbarriere, ähnlich wie früher bei Optokopplern.
Eigenschaften
- Keramikkondensator-Isolation (mehr als 400 µm dick)
- Datenrate: bis zu 15 Mbps
- Mehrere Kanäle, bidirektional
- Ausbreitungsverzögerung 16 ns typ., bei 5 V Impulsverzerrung 3 ns typ.
- Voll-Duplex
- Isolationsspannung: >5 kV (rms), 1 Minute
- Comparative Tracking Index (CTI) > 600
- AEC-Q101-Zertifizierung
- SO-16 Wide Body Package
Vorteile
- CMTI > 100 kV/µs (150 kV/µs typisch)
- > 8 mm Kriechstrecke/Luftstrecke
- Entspricht EN60950 > 0,4 mm DTI erf.
- Doppelschutzstatus für UL1577, bessere langfristige Stabilität (500+ Std. bei dauerhaften 5,5 kVACrms)
- Mbps ggü. 25 Mbps
Markt und Anwendungsschwerpunkte
- Automobil/Industrie
- PWM-Steuerung (isolierte Steuerung für nicht isolierten Gate-Treiber)
- Digitale Kommunikation
- On-Board-Ladegerät-Isolation (Komm./Diagnostik)
PIM
SiC MOSFET
SiC-Diode
IGBT
Gate-Treiber