造成整個電池組的燃燒或爆炸。通常的保護電路大都采用多個3或4通道故障監(jiān)測器，并且在監(jiān)測器與模擬電路及無源器件(電阻、多路復用器等)之間采用昂貴的電流隔離器。美信的MAX11080具有12通道故障監(jiān)測器，采用專有的電容隔離式菊鏈接口，大大減小了元件數(shù)量。這種獨特的架構允許連接多達31個器件至串接電池組，對多達372節(jié)電池進行監(jiān)測。同時，基于電容的接口提供了成本極低的電池組間隔離，消除了級聯(lián)電氣故障。由于省去了昂貴的隔離元件，美信的方案比分立方案節(jié)省75%的空間，將典型的電池管理系統(tǒng)成本從250美元降低至50美元。此外，MAX11080具有業(yè)內最高的精度、極低的功耗、集成的安全和自診斷功能、以及多個可配置功能，有效解決了大容量電池組安全監(jiān)控相關的問題。    

相對于傳統(tǒng)汽車電源而言，混合動力汽車的電源功率更大，電壓更高。“對于電源管理而言，需要管理的對象不是單個電源，而是由電池單元串連和并聯(lián)之后的大規(guī)模電池陣列，由于電池單體在生產的差異性導致給電源管理帶來很大的工作負擔，需要對每個電池單元的健康狀況進行監(jiān)控和調整。”英飛凌科技(中國)有限公司汽車電子業(yè)務部高級市場工程師曹洪宇補充道，“另外在整個系統(tǒng)運行過程中也要很好的處理突發(fā)的功率需求和剎車能量回饋帶來的沖擊。安全＋響應速率就決定了系統(tǒng)的成敗。”    

由于鋰離子電池對過度充電和深度放電非常敏感，在這些情況下它們都有可能燃燒或爆炸。Atmel公司的次級保護器件ATA6871提供了一種特殊的安全策略，監(jiān)控電池單元的電壓和溫度，防止鋰離子電池發(fā)生熱失控或爆炸。一旦電池單元發(fā)生上述其中一項異常情況，便會通過緊急繼動裝置予以關斷。ATA6871帶有無需外部微控制器或軟件就能夠運行的內建自我測試程序，以及由硬件實現(xiàn)的監(jiān)控閾值，能夠提供安全級別最高的鋰離子電池監(jiān)控功能。即使初級器件被損壞，也可以確保正常的運作。    

對鋰電池組安全的群體性擔憂，促使業(yè)界研發(fā)更為精密安全的電池檢測管理芯片，汽車半導體廠商不斷地推出新的電池管理和功率解決方案，力圖在確保安全的前提下延長電池的壽命，并降低成本、體積和重量。    

挑戰(zhàn)二：掃除高壓電氣系統(tǒng)的障礙    

HEV設計的另一個挑戰(zhàn)是高電壓。傳統(tǒng)轎車使用的是12V的電源系統(tǒng)，而輕度、全面及插電式HEV卻需要600V到1,200V之間的高電壓電子系統(tǒng)，這使設計更具挑戰(zhàn)性。    

“HEV最重要的革命性改變是動力系統(tǒng)的電氣化，它要求大動力的電動引擎，并且必須在比標準12V內燃引擎推動的汽車更高的電壓下運行。另外，HEV的電池和能源管理是基于12V和一個數(shù)百伏的高電壓電池的雙電網，以及對汽車領域來說屬于嶄新設計的DC/DC轉換器和功率管理方案。”國際整流器公司(IR)汽車產品副總裁及總經理HenningM.Hauenstein博士指出。       

HEV的汽車結構需要使用高電壓。因此，功率管理IC必須承受典型600V的電壓水平，在一些大馬力的HEV型號中更可能要承受高達1,200V的電壓。IR有為輕型混合動力汽車提供先進的電機驅動解決方案，而那些在10-15kW范圍的動力系統(tǒng)電機，通常會使用擁有600V能力的產品。至于全混合動力和插電式混合動力汽車，以及那些電機高達，甚至超出100kW的電動汽車，IR有高達1,200V的開關和驅動IC供應。    

相關的功率IC除了需要高達600V到1,200V的高電壓能力外，也需要驅動逆變器和DC/DC轉換器中前所未見的電流密度的開關。功率IC要面對這樣的高功率、高電壓以及高能源，就要以堅固耐用、可靠性和安全作為主要的條件。Hauenstein博士表示，“IR非常重視電機驅動IC的保護功能，例如它們在HEV牽引電機出現(xiàn)嚴重故障和短路時，免除了微型控制器的互動需要。我們是業(yè)界率先為負電壓尖峰免疫性引入安全操作區(qū)指標的公司，因為這個問題在HEV逆變器中，開關高電流、高電壓IGBT時十分常見。”    

IGBT位于逆變器中，為混合系統(tǒng)的電機提供能量。英飛凌IGBT技術可為HEV動力系統(tǒng)帶來諸多優(yōu)勢。溝槽場終止技術可降低傳導損耗和開關損耗，同時可使尺寸縮小30%。英飛凌結合溝道場終止IGBT(絕緣柵雙極晶體管)技術和Emcon二極管技術進行開發(fā)的HybridPACK1功率模塊用于輕度混合動力汽車；HybridPACK2則完全混合動力汽車應用。    

幾年前，汽車中的功率器件大多數(shù)都是55V到60V的MOSFET，主要用于汽車的動力傳動系統(tǒng)。現(xiàn)在的汽車則采用20V到600V的功率器件。對于動力轉向及制動這類應用，開發(fā)工程師正在尋找具有低導通阻抗的高性能低壓溝道型MOSFET，以降低汽車的功耗。    

 IR由體積最小的HEV，也就是所謂微型混合動力汽車開始，為它們的啟動/停止功能提供極為耐用的MOSFET。啟動/停止功能讓汽車在交通燈前停車或者下山時自動停止內燃引擎操作，而相關的制動能量便可以補充給電池。頻繁的引擎發(fā)動，使起動器或者集成式起動發(fā)電機要求非常耐用的功率管理方案，這是因為當你以車匙發(fā)動汽車時，普通的起動器只會發(fā)動引擎一次，但集成式起動發(fā)電機則要在頻繁的啟動/停止周期中應付高得多的功率。IR的AUIRS2003S是一款高功率MOSFET驅動器，并備有高、低側參考輸出通道，適用于惡劣的汽車環(huán)境及引擎罩下的應用。這款輸出驅動器具有高脈沖電流緩沖級，可將驅動器跨導降至最低，而浮動通道可在最高200V的高側配置中驅動一個N溝道功率MOSFET。該器件還提供低靜態(tài)電流，可為高側電路帶來低成本自舉電源。    

為了滿足電池和功率管理、以及相關的DC/DC轉換器的要求，IR的HEV方案系列也包括了具備非常低EMI和優(yōu)化了的開關性能的驅動器及開關。例如最新的DirectFETMOSFET產品便完全不用鍵合線，并且因為消除了大部分的寄生電感，以及具備最小的封裝電阻，所以能夠提供最佳的開關性能。除了領先行業(yè)的低導通電阻、卓越的開關性能和增強了的溫度能效(例如雙側散熱)，這款十分先進的無鍵合線芯片尺寸封裝讓設計的體積顯著減小，特別適用于高功率要求或者如HEVDC/DC轉換器這些快速開關應用。

AllegroMicroSystems公司具有故障診斷和報告功能的全橋式MOSFET預驅動器A4940，采用超小型封裝，提供靈活的輸入接口、自舉監(jiān)控電路、寬泛的工作電壓(5.5至50V)和溫度(40℃至+150℃)范圍。該器件特別針對使用大功率電感負載(如：直流電刷電動機)的汽車應用而設計。     

壓電噴射或高強度照明等其它應用需要100V到200V的功率器件和驅動器。而點火IGBT和混合動力電動汽車在使用300V到1000V以上的IGBT。飛兆半導體公司的柵極驅動器FAN7080x系列，讓工程師開發(fā)出在所有操作條件下更準確、精密的燃油噴射控制系統(tǒng)，從而提高燃油效率。這些柵極驅動器在高側和橋驅動器應用中驅動MOSFET和IGBT，如直接燃油噴射系統(tǒng)和電機控制。與市場上同類器件相比，它們的靜態(tài)功耗減少一半以上(靜態(tài)電流100μA對比240μA)，容許設計人員優(yōu)化系統(tǒng)和擴大工作范圍。     

絕緣柵雙極晶體管(IGBT)和功率MOSFET作為混合動力汽車的核心技術，吸引功率半導體廠商紛紛瞄準這個龐大的市場。ISuppli曾預測汽車IGBT市場有望以17.2%的年復合增長率高速發(fā)展，位居汽車電源管理器件之首，MOSFET市場增長居其次。雖然在未來幾年中混合動力車輛還將只是占據車輛市場的一小部分，但混合動力對逆變器和DC/DC的集中需求將形成市場對IGBT和功率MOSFET的巨大需要。