上海贝岭基于1200V 40A IGBT产品BLG40T120FDL5-F的800V车载PTC加热器驱动解决方案
一、概述
随着新能源汽车对800V平台技术的大量应用,汽车各高压部件就随之提出了由400V向800V切换的需求。高压PTC (Positive Temperature Coefficient)加热器作为汽车热管理系统中重要的一环,对电池、电机、电控等部件进行温度控制和管理,从而确保其能适应多样化的外部条件,使各部件能工作在最佳温度区间,提高新能源汽车的性能与安全性。
二、车载PTC工作原理及拓扑结构
PTC热敏电阻是一种基于正温度系数的特殊半导体陶瓷材料的电阻,其温度-阻值曲线如图1所示:在室温下,器件电阻值相对较低;当电流流经PTC电阻时,其产生的能量会使PTC电阻升温;当器件温度超过居里温度时,PTC阻值会迅速增大,回路电流会相应减小。从而可实现PTC温度维持在一定范围内。
图1 PTC 电阻值-温度曲线
高压PTC模块的常用典型拓扑如图2所示:输入高压电由电池包取电,通过滤波后为PTC组件供电,低压部分由反激电路实现高低压隔离,功率回路通常采用并联分离驱动的方案。以图2为例,4路PTC组件代表四种工作模式,根据不同的功率需求选择开启通道数。霍尔电流传感器检测母线电流,水温传感器用以检测换热液温度以调节PTC加热器占空比实现恒温控制。
图2 高压PTC功率回路典型拓扑结构
三、贝岭BLG40T120FDL5产品介绍
针对高压PTC应用,上海贝岭推出1200V 40A IGBT产品BLG40T120FDL5-F。采用第二代微沟槽多层场截止技术,优化了导通压降和开关损耗,实现了更好的输出特性。
图3工艺特点
BLG40T120FDL5合封全电流FRD,减少了电路设计时的元器件数量,提高了整体可靠性。
图4 封装内部示意图
为高压PTC应用提供更优的散热性能与绝缘性能,上海贝岭BLG40T120FDL5采用TO247封装。
图5 BLG40T120FDL5-F封装外观
四、贝岭BLG40T120FDL5性能优势
1、通态压降Vce(sat)
对于PTC应用而言,其较低的频率导致了器件的通态损耗在总损耗中的占比提高,为了降低损耗带来的温升,确保器件可工作在安全的温度范围,低通态压降Vce(sat)是评估IGBT器件的一个重要指标。上海贝岭BLG40T120FDL5拥有较低的导通压降,在该类应用中展现出更出色的性能。
图6 Vce(sat)随温度变换曲线
2、漏电流 Ices
PTC应用中IGBT工作环境会高达125℃左右,上海贝岭BLG40T120FDL5有助于在高温环境中降低漏电流,在PTC复杂的应用场景下,在阻断状态具更低的自热,更低的结温,因而可靠性更高。
图7 Ices随温度变换曲线
3、反向偏置安全工作区RBSOA
RBSOA反映了IGBT器件在关断过程中CE在承受反向电压时能够安全关断的安全工作区域。在实际应用中,由于PTC的温度特性,会在居里温度附近开启时产生较大的电流,为保证PTC加热器的可靠运行,需要器件有3~4倍额定电流的安全工作区域。
图8中CH1通道为栅极波形,CH2为CE间电压波形,CH4为Ic电流波形,室温下BLG40T120FDL5关断电流可达236.6A。
图8 BLG40T120FDL5室温下的最大关断电流波形
4、短路时间SCWT
在车载高压PTC应用中,设置短路保护时同样需要考虑PTC的温度特性,为避免居里温度开启时低电阻导致的大电流触发保护机制,因此保护电流设定会偏大,并且短路保护时间达到6μs以上。
图9为BLG40T120FDL5在800V高压下的短路波形,CH1通道为栅极波形,CH2为CE间电压波形,CH4为Ic电流波形。在800V母线电压下,BLG40T120FDL5短路耐受时间达12μs。
图9 BLG40T120FDL5在800V高压下的短路波形
五、贝岭器件选型方案
表1 功率器件选型列表
贝岭功率器件产品线齐全,包含MOSFET、IGBT等系列产品,为高压PTC加热器设计提供助力,欢迎垂询!
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型号- BL24C32F,BLAD16D125,BL12N70,BL6552,BL8851,BL7N70A,BLP12N10,BL60N25,BL12N65,BL33N25B,BL6306,BL13N50,BL40N30L,BL34C04A,BL3N120,BLM40P05,BLD2113,BL9N20L,BL80N20L,BL1084,BL8320MDS,BL4056C,BL1086,BL1085,BL1080,BLM9926,BL1082,BL8320MD,BL1081,BL12N50,BL1088,BL7N60A,BL3085A(H),BLM90N10L,BLM15N06,BLS80R760,BLP08N10L,BLM04N06,BLM04N08,BLP065N08G,BL12N60,BL13N30,BL8N50C,BL34C02A,BL35N40,BL3N105,BL3N100,BL13N25,BLD1002,BLM3050K,BL8812,BL1064,BL4054B,BL1063,BLS65R620F,BL1065,BL6N70A,BL32F3202NP,BL24C64A,BL3085N,BL23N50,BL1511B,BL8802,BL50N30,BL3085B,BLR150,BLP10N10L,BLM35N10L,BLM8205B,BL9N90,BLS65R165,BL1040,BL80N20B,BLM8205A,BL10N70,BL1045,BLR140,BL10N65,BL70N20B,BLS60R600EF,BL32F3210,BLM12N06L,BL1031,BL6523B,BL8310MD,BLM14N08,BL10N80,BL11N40,BLS65R380,BLR133,BLS60R520EP,BL9309,BL25CM2A,BLM2010E,BL23P42,BL8573,BL0972,BL18N20L,BL12N70A,BL8574,BL8576,BL10N40,BLP05N08G,BL6281,BLM40P07S,BLD7720AL,BL24C04F,BLS65R041F,BL24C16F,BL8568,BL8569,BL6513C,BL8329,BLM06N08,BL6501A,BL10N60,BL66A0042,BLM4407,BL8563,BL8566,BL8565,BL7N65B,BLM2004NE,BL7N65A,BLD7742BH,BL8558,BL6N40L,BL24SA64C,BL24SA64B,BL24SA64D,BL8555,BL34TS04A,BLM06N10,BLP25N06L,BL0956,BL33N25,BLM30N06L,BL8N100,BLG3040,BLP10N10,BL20N60,BL6503E,ULN2803,BL25CM1A,BLM3401AY,BL4N80E,BL1117C,BL20N65,BLM3415,BLM3416,BL4N80A,BL0940,BL30N20B,BLM08P02,BL0942,BL6523GX,BLD7742BL,BL6356,BL3085,BL20N50,BLS80R990,BL8536,BL2N65,BL2N60,BL34TS02A,BL8531,BL0937,BL2N70,BL0939,BL5372,BL9582B,BL9352A,BL2N50,BLG40T120FUK,BL4N70A,BL8067A,BL8079A,BLG40T120FUH,BM8563,BL0921,BL5N50A,BL19N40,BL55028,BLM4435,BLM30P04,BL8518,BL55024,BL34TS00A,BL8511,BL8310MDS,BL0910,BL24C02F,BL24C512A,BLD7721AL,BLM16N10,BLD7721AH,BLD7720AH,BLAD16D80,BLS80R1K0E,BL8503,BL8506,BL8032S,BL6208,BL3N100E,BL25N15L,BL4N60A,BL8032H,BL30N60,BLS70R180,BL80N20BL,SSR,BL317B,BLP08N10,BL30N65,BLS60R520,BL23P516,BLD2136,BLAD14Q80,BL24SA128A,BL24SA128B,BLM08N10,BL24SA128D,BL8023H,BL30N50,BL8061,BL8023F,BL8063,BL8023D,BL8062,BL8023C,BL8023K,BLG15T65FUL,BLM8205BF,BLAD14Q125,BL1532,BL1530,BL10N70A,BLS60R390F,BL8032,BL9362,BL55066,BL358,BL8034,BL8033,BL8036,BL113,BL8035,BL8037,BL55070,BLM30N10L,BL30N30,BL12N65A,BL3N90E,BL18N25,BL8029,BL8028,BL9359,BL36N12L,BL6N120,BL9110,BL55077,BL8023,BL1511,BL8026,BL55080,BL4N65A,BL30N20,BL1513,BL6N40,BL8392,ULN2803L,BLM2008E,BL60N25B,BLM07N06,BLD7741BH,BLM3400,BLM3401,BL25N15BL,BLM3404,BL9342,BLM3407,BL24C08F,BL24CM1A,BL4N90,BL18N20,BLM2301,BLM2302,BLP150N10,BLM2305,PSR,BL5N50,BL4N80,BLM30N10,BLD7741BL,BL4N65,PSR 系列,BLM4953,BL12N60A,BLS60R360,BL90N25,BL24C128A,BL40N30,BL4N70,BLM3407AY,BL9315,BLM08N06,BLM10P03,BL28N25,BL6282,BL5N135,BL78L05,BL321,BL24CM2A,BL40N25,BL4N60,BL3N90,BLS60R380F,BLS60R150F,BL5980,SSR 系列,BLS70R420,BLM09N68,BLR120,BLR125,BL8891B,BL0930F,BLM8205,BL24SA64,BLM12N08,BLM1216Y,BLM12N06,BL5612,BL5610,BLS60R150,BL32F3212NR,BL32F3212NQ,BL9N50,BL5617,BL5616,BL80N20,BL6810,BL78L05D,BLAD16Q125,BL8531C,BL4N120,BLS60R160,BL32F3222NR,BL2N150,BLS60R036,BLG40T120FDH,ULN2003,BLM35N10,BL9198,BL9N25,BL32F3222NQ,BL15N50,BL10N65A,BL8N60,BL1118,BL1117,BLM15N06L,BL23M1610,BL8N65,BL24C256A,BL40N25B,BL25N65,BL1587,BL15N20,BL2555,BLS60R560EF,BL8N50,BL9N20,BLP12N10L,BL9193,BL9195,BL4N150,BL7N65,BLM08N68,BSP304,BL13N25L,BL7N70,BL9180,BL15N25,BLS65R560,BL1587DN,BL25N60,BS108,BL90N25B,BL9165,BL8075,BL8078,BL8077,BL8079,BLS70R600,BL55072A,BL25N50,BL3N150,BLM9435,BL24SA256B,BL5912,BL8064,BL8067,BL5910,BL1555,BL59N30,BLM80P10,BLM22N10,BL1551,BL10N60A,BL8072,BL9161,BL8071,BL8074,BL8073,BL9162,BL25N40,BL2N100
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型号- BLM08N10,BL12N70,BL7N70A,BL30N50,BL60N25,BL12N65,BL33N25B,BLP04N08-BA,BLG15T65FUL,BLP065N08GL-Q,BLM8205BF,BLP02N08-T,BL13N50,BL40N30L,BL10N70A,BL3N120,BLM40P05,BLP03N10-BA,BLP02N08-F,BL9N20L,BLP065N08GL-D,BL80N20L,BLP065N08GL-E,BLP02N08-B,BLP12N10GL-D,BLP12N10GL-E,BLM9926,BL12N50,BLP12N10GL-Q,BL7N60A,BLM30N10L,BLM90N10L,BLM15N06,BL30N30,BLP023N10-T,BL12N65A,BL3N90E,BL18N25,BLS80R760,BL36N12L,BLM04N06,BL6N120,BLP04N08-B,BLM04N08,BLP04N08-P,BLP023N10-B,BL12N60,BL13N30,BL8N50C,BL35N40,BL3N105,BL4N65A,BL3N100,BL13N25,BL30N20,BL6N40,BLM2008E,BLM07N06,BL60N25B,BLM3050K,BLS65R620F,BLM3400,BLM3401,BL25N15BL,BLM3404,BLM3407,BL6N70A,BL23N50,BL4N90,BLP065N08G-P,BLP05N08G-Q,BL18N20,BLM2301,BLM2302,BLM2305,BL50N30,BLP065N08G-D,BLP065N08G-B,BL5N50,BLM35N10L,BLM8205B,BL4N80,BLM30N10,BL9N90,BLS65R165,BLP03N08-P,BL4N65,BLP055N09G-P,BLM8205A,BLM4953,BL80N20B,BL10N70,BL12N60A,BLS60R360,BLP05N08G-B,BLP03N08-B,BL10N65,BL70N20B,BLS60R600EF,BLP03N08-F,BL90N25,BL40N30,BL4N70,BLM3407AY,BLM12N06L,BLP05N08G-P,BLM08N06,BLM10P03,BLM14N08,BL28N25,BL10N80,BL5N135,BL40N25,BL11N40,BLM120P06,BLS65R380,BL4N60,BL3N90,BLS60R380F,BLS60R150F,BLM2010E,BLS70R420,BLP03N10-B,BL18N20L,BLP03N10-F,BLM09N68,BL10N40,BLM40P07S,BLS65R041F,BLM8205,BLM12N08,BLM12N06,BLM1216Y,BLM06N08,BL10N60,BLM4407,BLS60R150,BL9N50,BL7N65B,BLM2004NE,BL7N65A,BL80N20,BL6N40L,BL4N120,BLP14N08L-D,BLM06N10,BLP045N10-P,BLM30N06L,BL33N25,BL8N100,BL2N150,BLS60R036,BLG40T120FDH,BLG3040,BLM35N10,BLP045N10-B,BL20N60,BLM3401AY,BL4N80E,BL20N65,BLM3415,BLM3416,BL4N80A,BL30N20B,BL9N25,BLM08P02,BL15N50,BLP02N08-BA,BL10N65A,BL8N60,BLP03N10-P,BLM15N06L,BL8N65,BLP03N10-T,BL40N25B,BLP14N08L-Q,BL20N50,BL2N65,BL25N65,BL2N60,BL15N20,BLP03N08-BA,BLM80N03,BLS60R560EF,BL8N50,BL9N20,BL2N70,BL4N150,BL2N50,BLG40T120FUK,BL7N65,BL4N70A,BLG40T120FUH,BLM08N68,BSP304,BL13N25L,BL7N70,BL15N25,BLM12P03,BL5N50A,BLS65R560,BL25N60,BS108,BL19N40,BLP12N10G-D,BLP12N10G-E,BLM4435,BL90N25B,BLS70R600,BL25N50,BL3N150,BLM16N10,BLM9435,BL3N100E,BLM80P10,BL59N30,BLM22N10,BL25N15L,BL4N60A,BL10N60A,BL30N60,BLM90N03,BLS70R180,BL80N20BL,BL30N65,BLS60R520,BL25N40,BL2N100,BLP12N10G-P,BLP12N10G-Q
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