電動車(EV)車主已經(jīng)擁有一輛零排放汽車或想要從內(nèi)燃機(jī)車升級，他們的需求變得更多。為回應(yīng)這一需求，電動車制造商正在從400V系統(tǒng)過渡到800V系統(tǒng)。注重環(huán)保的車隊所有者甚至可能尋求超過800V的架構(gòu)。

　　更多的工程師認(rèn)為更高的電池電壓是解決各種電動車性能問題的最可行方案，比如充電時間慢、續(xù)航里程短、加速能力有限和低能量回收制動。改變工作電壓是復(fù)雜的，迫使汽車制造商重新考慮一切，特別是電源集成電路(IC)，同時還要應(yīng)對困擾電動車行業(yè)的現(xiàn)有問題。

　　800V架構(gòu)過渡路徑

　　實(shí)現(xiàn)內(nèi)部800V電動車架構(gòu)有多種方式。讓整輛車以800V工作是一種方法。一輛處理800V的電動車高壓系統(tǒng)消除了組件間的電壓轉(zhuǎn)換需求。這種設(shè)計可以轉(zhuǎn)化為超高效率和閃電般快速的充電。

　　然而，建立完整的800V結(jié)構(gòu)意味著要重新構(gòu)思一切，包括電源IC和故障保護(hù)系統(tǒng)。

　　更大的電容器是必要的，需要更多的物理空間以滿足極間爬電距離的最小要求，防止電弧。800V架構(gòu)中的低電流也可能需要更粗的電線和連接以傳輸更多的電力。這些設(shè)計考慮對希望使組件盡可能小和輕的電動車制造商來說是重大難題。

　　測試實(shí)驗(yàn)性的電動車設(shè)計是費(fèi)力的。程序必須證明組件在最糟糕情況下的可靠性，其條件比800V環(huán)境高出數(shù)倍。

　　重新設(shè)計電動車部件會推高設(shè)備成本。使用更多的碳化硅(SIC)——已被證明在高頻下優(yōu)于絕緣柵雙極型晶體管——對于確保高壓機(jī)器中的開關(guān)頻率提高和能量損失最小至關(guān)重要。這種在電動車IC中使用的受歡迎半導(dǎo)體非常昂貴。碳化硅需求的急劇增長會推高制造成本和標(biāo)價。

　　另一種方法是，汽車制造商可以僅將800V限制在一些高壓組件上。這種方法可以減少重新設(shè)計和設(shè)備價格的飆升。它承諾更快的充電，但對減少轉(zhuǎn)換功率損失效果不大。

　　開發(fā)一種在充電時優(yōu)化為800V，在放電時優(yōu)化為400V的電池也是值得探索的，以盡量減少電動車設(shè)計變化的級聯(lián)影響。這樣的電池可以解決充電問題，但不能解決能量效率問題。

　　目前，對于最可行的方法尚無定論，但電動車制造商在接受更高電池電壓時會考慮所有選項(xiàng)。

　　作為電動車核心的DC/DC轉(zhuǎn)換器

　　大多數(shù)高壓電動車都有DC/DC轉(zhuǎn)換器，以使其兼容大多數(shù)充電站。否則，這些新的零排放汽車無法使用主要設(shè)計為給400V電動車供電的現(xiàn)有公共充電基礎(chǔ)設(shè)施。

　　為電動車設(shè)計DC/DC轉(zhuǎn)換器是具有挑戰(zhàn)性的。高速能量轉(zhuǎn)換需要精確的轉(zhuǎn)換器布局，這在創(chuàng)建IC時提供的余地有限。這些電源轉(zhuǎn)換電路必須超級高效、小巧、輕便，并且電磁干擾少。它們必須在電路尺寸和效率之間取得健康平衡，以構(gòu)建占地面積小而性能不受影響的轉(zhuǎn)換器。

　　此外，設(shè)計人員在將散熱器集成到電池設(shè)計中并調(diào)節(jié)溫度水平時必須考慮硬件的效率。選擇合適的材料來保持電池冷卻至關(guān)重要，以延長其壽命，同時轉(zhuǎn)換器調(diào)整電壓并產(chǎn)生熱量。

　　考慮到擴(kuò)大800V公共充電網(wǎng)絡(luò)以容納更多高壓電動車上路的可能性不大，DC/DC轉(zhuǎn)換器將繼續(xù)成為這些更強(qiáng)大的零排放車輛的核心。

　　這種現(xiàn)實(shí)給電動車價格帶來了上行壓力，因?yàn)橛糜谶@種額外硬件的電路在廣泛的技術(shù)領(lǐng)域中需求量很大。設(shè)計改進(jìn)在成本效益方面能做的非常有限。供應(yīng)商必須提高效率來解決他們端的效率問題。

　　碳化硅篩選必須加速

　　電動車行業(yè)轉(zhuǎn)向高壓系統(tǒng)導(dǎo)致碳化硅需求激增。雖然制造商歡迎這一市場機(jī)會，但這一趨勢顯示出交付能力的不足。他們沒有準(zhǔn)備好篩選碳化硅電源IC的缺陷，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的硅測試系統(tǒng)無效。

　　保持碳化硅產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中的完整性需要嚴(yán)格的測試和精細(xì)的關(guān)注。在制造過程中它們可能會出現(xiàn)缺陷，影響其基本功能和性能。這種化合物很脆，使其容易受到坑洞和劃痕的影響，危及晶圓的完整性。碳化硅晶圓在處理過程中也容易破裂。將它們鋸成芯片增加了開裂的機(jī)會。

　　到目前為止，現(xiàn)有的碳化硅高電流和高電壓測試方法足以篩選少量單位。制造商還通過在裝配過程中采用光學(xué)檢測技術(shù)以及利用光致發(fā)光和X射線進(jìn)行計量取得了成功。

　　然而，制造商在擴(kuò)大質(zhì)量和可靠性測試能力以提高產(chǎn)量方面仍然面臨困難，特別是從150毫米晶圓切換到200毫米晶圓以來。

　　專家們正在評估各種創(chuàng)新以解決篩選效率低的問題。例如，將卡盤雜散電感從600微亨降低到100納亨以下可以實(shí)現(xiàn)動態(tài)晶圓測試。

　　另一種方法是將來自地理上分散的工廠和工具的各種數(shù)據(jù)類型——缺陷檢測和審查見解、電氣測試結(jié)果和在線計量反饋——整合到一個平臺中。只有這樣制造商才能將數(shù)據(jù)輸入預(yù)測分析軟件，并建立可靠的模型來識別瓶頸并采取措施最大化效率。

　　更高的可追溯性——日益增長的需求

　　可追溯的汽車芯片使電動車制造商和供應(yīng)商能夠調(diào)查影響電路性能的新問題和未知問題。發(fā)現(xiàn)常見問題的罪魁禍?zhǔn)住珉娐钒搴更c(diǎn)和封裝失效——可能令人困惑，因?yàn)樗鼈兛赡茉醋蕴蓟璧纳a(chǎn)過程或電動車經(jīng)歷的溫度和機(jī)械應(yīng)力。

　　后端設(shè)備有電子ID，但電源IC沒有。不可追溯的電路使裝配和測試更加繁重。失去器件級別的可追溯性可能導(dǎo)致混淆，因?yàn)闊o法關(guān)聯(lián)不明確的晶圓和批次。

　　幸運(yùn)的是，一些供應(yīng)商正在增加芯片可追溯性的細(xì)化程度。這些供應(yīng)商維護(hù)他們的數(shù)據(jù)庫，向客戶提供模塊數(shù)據(jù)和提供從晶圓排序到模塊的數(shù)據(jù)追蹤。

　　孤立的數(shù)據(jù)并不可取，因?yàn)殡妱榆囆袠I(yè)將從去中心化信息(如數(shù)據(jù)倉庫存儲庫)中受益更多。盡管如此，主動的產(chǎn)品追蹤仍是朝著正確方向邁出的一步。

　　電動車行業(yè)轉(zhuǎn)向高電池電壓既繁重又必要。盡管汽車供應(yīng)鏈對這一變化準(zhǔn)備不足，但沒有壓力就不會有創(chuàng)新。盡管昂貴的錯誤是不可避免的，但電源IC供應(yīng)商將從今天失敗的嘗試中受益，制定適當(dāng)?shù)慕鉀Q方案，并幫助推動電動車革命走向應(yīng)有的方向。

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