电动汽车IGBT需要怎样的光耦？

　　汽车内部存在电池管理、空调和牵引逆变器等各种子系统，工作条件不一，对功率器件及其驱动要求不尽相同。同时，充电桩有交/直流之分，充电功率/速度也不相同。这些不同的子系统和电源系统都会广泛使用光耦器，来进行隔离通信、驱动以及反馈。光耦在传统的工业应用中已非常成熟，那么在电动汽车/充电桩这些新兴应用当中，又有怎样的发展趋势和新的性能需求呢？

　　光耦器件分为三大类：数字光耦、栅极驱动器和隔离放大器。这三类光耦的基本功能都是提供信号隔离。数字光耦单纯实现信号隔离。栅极驱动器在此基础上增加了电流驱动能力，从而可对IGBT和MOSFET（包括最新的SiC和GaN）等功率器件的栅极进行驱动。隔离放大器用于反馈通路，将检测到的电压、电流等信号返回给MCU进行处理。

　　光耦由LED、隔离介质和光敏二极管三部分组成，构成发光、传输和感光三个环节。光耦原理简单，但按照爬电距离、电气间隙和隔离电压等安规条件划分却是分门别类。

　　光耦的应用非常广泛，尤其是在电力电子领域。电动汽车和充电桩等新兴产业，为光耦也带来不小的机会。

　　汽车电子中一个趋势是把电子部分和轮毂集成在一起，通过CAN总线或电力线实现直接驱动，这样可以避免物理传动的损耗。这种构件通常很复杂且高成本。这样，半导体器件需要耐高温、耐振动。对于光耦这种硅基半导体材料，还是有很大挑战。博通一类（Grade 1）光耦目前也只是达到125℃，因此对于高转动（也就高温）电机的驱动，需要采用冷却。

　　电动汽车中电池管理、空调系统、牵引逆变器等不同子系统的要求不一样，比如空调的工作温度不太高；而牵引逆变器由于在发动机里，耐受温度需要比较高；电池管理在后端，温度也不会太高。因此，像DC/DC充电器一般采用MOSFET作为功率器件，也就采用MOSFET驱动。另外其工作温度也不一样，功率容量/驱动电流通常也不太大。而牵引逆变器要求功率大，要有保护和反馈等功能，因此驱动就不同。另外，电池管理总线上做电流监控即可，而牵引逆变器就会复杂一些。

　　在充电桩部分，从产业链角度看，即是要把工厂生产的电能传输到用户汽车中储存并使用。充电桩可简单划分为交流充电和直流充电两种。交流充电是通过车载充电器，将交流变为直流，来给汽车充电。这种充电方式有车载充电器体积限制和充电功率有限（充电时间长）这两个缺点。直流充电则是直接用直流对电池充电，它通常以固定形式出现，因此允许大功率的快速充电。

　　“充电桩有交流直流之分，对应汽车则有交流充和直流充之分，各有利弊。交流充电利用车载AC/DC转换器将交流转换成直流，给电池充电。直流充电则一般是大功率充电，在车体外有固定的充电器，功率较大、充电效率较高、充电较快。超级充电站则不外乎是更大的功率，可缩短充电时间。电动汽车发展一来是要延伸续航里程，二来是要优化充电站距离。

　　“另外，不管是交流充电还是直流充电，电池所能接收的都是直流电。交流充电需要汽车具有车载充电器，一来体积/功率容量受限制（充电时间长），二来必须满足车规要求。而直流充电功率就可以非常大（转换在外部），充电时间可以大大缩短。但是，其缺点是充电器不能随车一起跑，只能到有充电桩的地方去充电，而不能随时插到电网上去充电。

　　对于SiC MOSFET/GaN器件，它们的驱动特性不同，比如工作电压、开关速度等等不一样。同时，对于这些新的功率器件也开发出了针对性的参考设计。

　　GaN、SiC等新功率器件的优点是，可容许更高的开关频率，结温耐受高。因此对应于光耦器件的要求，即工作频率要快，驱动电流要大。另外，它们之间的工作电压和保护特性（如欠压锁定、退饱和）等也不一样。因此需要选择不同的光耦器件来驱动。

　　光耦中的挑战，一是高集成度（通道数；受绝缘要求限制），二是LED上的突破（开发活化层在下、向下发光的LED，从而减小体积）。

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