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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