TI 推出增强型栅极驱动器UCC5880-Q1，电动汽车再“续航”

得益于电池技术的不断进步以及整车系统优化和智能化控制，如今电动汽车的行驶里程已经有了十足的提升，目前纯电动汽车最多可以跑大约700公里（部分车型配置甚至更高），但充电毕竟不像加油那么“痛快”，相关企业在延长行驶里程方面的努力不曾停止。

在电动汽车中，牵引逆变器（Traction Inverter）是电动汽车驱动系统中的一个重要组成部分，通常会装在车尾，它通过将电池的直流电转换为交流电、控制电机的输出、对整车系统进行优化等方式，实现电动汽车的驱动和系统优化。牵引逆变器的效率和性能直接影响电动汽车单次充电后的行驶里程。

在电动汽车高电压电源转换以及电驱动设计中，设计者常常面临四大挑战：第一，设计更高效的牵引逆变器；第二，提高功率密度；第三，设计高可靠性的系统；第四，降低系统复杂度。

“UCC5880-Q1增强型隔离栅极驱动器 可以解决以上四个挑战。”德州仪器混动汽车/电动汽车部门总经理吴万邦 (Mark Ng)表示，“使用 UCC5880-Q1 的可调驱动技术，设计人员可以根据工况提高牵引逆变器的整体效率；产品的高集成度还可以帮助客户降低设计复杂度，并提高系统功率密度。同时，芯片符合功能安全 ASIL-D 设计标准，可以很大地提升系统的可靠性。”

（图源：TI公司）

更大限度地延长电动汽车行驶里程

对设计人员来说，牵引逆变器需要有更大的功率，还需要实现安全、可靠和高效。市面上，牵引逆变器产品的效率已经达到了 90% 以上，继续优化是比较困难的，因为更高压的设计需求和新半导体器件的使用，会带来产品结构更迭和散热限制等挑战。据吴万邦介绍，使用德州仪器的器件优化系统后，预估牵引逆变器的运行效率可以提升约 2%。

UCC5880-Q1 是一款最大 20A 的 SiC ，具有多种保护功能，适用于汽车应用中的牵引逆变器。其栅极驱动强度介于 5A 至 20A 之间，并且可通过一个 4MHz 双向串行外设接口SPI总线或三个数字输入引脚进行调整。图 4 展示了实现可变栅极驱动强度的双分离输出的实现方案。

UCC5880-Q1 的双路输出分离栅极驱动结构（图源：TI公司）

通过以 20 A 到 5 A 的幅度实时改变栅极驱动强度，设计人员可以使用 UCC5880-Q1 栅极驱动器更大限度地减少 SiC 开关功率损耗，将系统效率提高多达 2%，从而将每次电动汽车充电后的行驶里程延长多达 11公里。对于每周为车辆充电三次的电动汽车用户来说，年行驶里程可延长 1 600 多公里。

此外，UCC5880-Q1还符合 ISO 26262 功能安全设计标准，可以支持设计人员更快速、更安全、更高效地设计牵引逆变器系统。

目前汽车级UCC5880-Q1 现支持预量产，芯片采用 10.5mm x 7.5mm 32 引脚 Shrink Small-Outline Package (SSOP) 封装，TI官网还提供技术文章并可申请评估板。

据悉，UCC5880-Q1现已有合作的项目是全球头部的车厂和 Tier1，国内也有客户已经开展合作，项目落实会在芯片正式量产之后。

面向系统提供整体解决方案

针对牵引逆变器趋势，TI可以面向系统提供整体的解决方案。除了隔离式栅极驱动器，还包括 ASIL-D 的 MCU、C2000™ 实时控制器、反激式控制器；针对分布式辅电等未来趋势，TI还有全集成式的辅助供电模块、隔离电压/电流检测采样、隔离电源检测等。

面向整个系统引领市场的创新型 IP 开发（图源：TI公司）

吴万邦表示，TI 不只提供芯片级解决方案，还提供整套系统解决方案。TI和碳化硅模块供应商 Wolfspeed 一起合作设计了一个800V/300kW的碳化硅牵引逆变器参考设计。除了原理图和 PCB 布线，TI还提供实物可供客户评估。这套系统的很多功能，包括栅极驱动、辅助供电、隔离供电、MCU，都是使用 TI 的芯片方案来完成设计的。

800V/300kW SiC 电动汽车牵引逆变器参考设计（图源：TI公司）

投资高压电源技术

TI 同时也在投资高压电源技术。在电动汽车中，高电压技术不只会用在牵引逆变器中，还会用在车载充电器 OBC 和高压转低压的 DC/DC 中。该技术涵盖氮化镓、隔离式栅极驱动器、辅助电源模块、C2000 实时控制器四类产品。

TI 正在投资研发高电压电源转换技术（图源：TI公司）

TI 在高压技术领域有三个目标。第一，通过半导体器件的创新，帮助用户更大限度地减少开关损耗；第二，通过小体积设计，包括简化外围器件，帮助用户提高功率密度；第三，通过技术创新，更大限度提高功率管的开关速度，并增强驱动强度。

吴万邦透露，TI 在高压半导体技术领域的投入非常大。TI内部有一条很大高压技术产品线。TI的高压技术不仅应用在汽车中，还应用在很多工业领域的设计中，包括高压伺服和大功率逆变器。未来，TI会持续投入高压技术，在隔离、驱动等领域实现技术创新和产品拓展。