中国工程师最喜欢的10大汽车电源管理和功率器件

据有关汽车半导体报告统计，目前中档汽车的平均半导体价值量约为350美元，主要包括传感器、MCU和微处理器、电源和功率器件，以及模拟芯片等，其中分立式功率器件占比约17%。新能源车的动力系统包括电池、电机和电控（电机控制器）三大部分，其中电控部分用来接收整车控制器的指令，以控制驱动电机的转速和转矩，从而控制整车的运动。电控相当于传统燃油车的发动机，所包含的功率器件价值占比约20-30%。

电机驱动控制所需的功率器件主要包括：主控芯片、驱动电路、IGBT模块、HV模组、门驱动、逻辑保护、整流器和EEPROM等。此外，新能源车还需要如下电源管理和功率器件：

• DC-DC转换：门驱动、MOSFET模组、IGBT、SJ MOSFET；

• 车载充电：碳化硅（SiC）二极管、IGBT模组、SJ MOSFET、集成功率模块（IPM）、GaN模组；

• 电池控制：MOSFET模组、电子熔断器、精密/电路放大器；

• LED车灯：MOSFET、二极管、整流器、恒流调光器。

新能源车半导体构成框架（来源：方正证券研究所）

电源转换包括AC-DC转换器、DC-DC转换器和DC-AC逆变器，用来驱动电机、空调系统和各种AC或DC附件负载，以及为电池供电等。电控系统中的逆变器可以将动力电池的直流电能转换成驱动电机所需的交流电能，主要由IGBT模块构成，需要6个IGBT和6个二极管。DC-DC升压器可以提升直流总线电压以提升总可用功率，这种升压器需要2个IGBT，将直流母线电压从200V升至500V。

IGBT（绝缘栅双极型晶体管）是由BJT（双极型晶体管）和MOSFET（绝缘栅型场效应管）组成的复合功率半导体器件，兼具BJT的高耐压和MOSFET高输入阻抗优点，其电压范围覆盖250V-6500V，适用于新能源车、工业控制、新能源发电和变频空调等。

IGBT是汽车电机控制的核心，可以对电机的电流和电压进行控制，进而实现加速、减速和制动等操作。在车载空调系统中，IGBT可将高压直流转换为交流电，驱动空调压缩机工作，一般电流在50A以内，工作频率在20KHz左右。汽车充电桩也需要IGBT逆变功率模块将直流电逆变为交流电，然后通过变压耦合及蒸馏单元将其转为不同规格的电流电压，以实现对电动车的充电。

电池管理系统（BMS）是动力电池系统的重要组成部分，主要负责管理控制电池的状态，防止电池出现过充电和过放电的状况，以便延长电池使用寿命。BMS的五大关键功能包括：

• 电池性能管理优化：实时测量电池的电压和温度等参数，检测电池状态、容量估算、电池健康估算；

• 安全保护：过充/过放管理、高压/过流/短路/过温/低温保护，故障检测；

• 均衡管理：被动均衡、主动均衡；

• 信息通讯：数据记录、VCU信息交互；

• 充电管理：充电控制、预充。

BMS涉及到模拟量（电压、温度等）的测量，需要模数转换器（ADC）来实现。BMS模拟前端（AFE）将ADC与电压采集、温度采集和均衡控制等功能集成在一起，主要包含采集模块、均衡开关、通信模块等。采集模块一般包含ADC、参考源（REFRENCE）和模拟开关（MUX）。通信模块是AFE和MCU之间的数据交互接口，一般有SPI、I2C和UART等。

ASPENCORE分析师团队按照汽车电源管理和功率器件的类别（包括MOSFET、IGBT、DC-DC、PMIC、BMS、SiC），分别从5家国际半导体厂商和5家国产半导体厂商各挑选一款车规级Power器件。有的产品类别难以挑选出合适的国产厂商产品，比如车规级MOSFET和BMS（电池管理系统）。请在本末进行微信投票，以评选出您最喜欢的汽车电源管理和功率器件。

英飞凌HybridPACK功率半导体模块系列专为混合动力汽车应用设计，可满足轻度混合动力和全混合动力应用两方面的需求。该系列产品提供了采用6种不同封装的多个版本，可实现电压及功率等级拓展性的最大化，涵盖了200 A至900 A以及400 V至1200 V（芯片额定值）功率范围。HybridPACK采用半桥结构，配备6组IGBT，并通过了车规级认证。在该功率模块系列中，强化版本的最高结温高达175°C，功率峰值超过160 kW。

英飞凌汽车级Easy 1B和Easy 2B模块为功率高至6kW的应用提供了一个拓扑结构灵活的平台。汽车级Easy系列基于成熟的工业级Easy模块设计，其高压电池系统的使用有助于HEV（混合动力汽车）和EV（电动汽车）效率的增加。同时，相比于目前仍采用低电压（14 V）作为车载电压等级的内燃发动机汽车，高压电池系统可降低应用成本。

英飞凌新推出的车规级750V IGBT功率模块FF300R08W2P2_B11A是EasyPACK产品家族中的最新成员，它基于EDT2技术，封装形式为EasyPACK 2B半桥，最大可以支持50kW/230Arms的逆变器应用。凭借紧凑的尺寸、低损耗的EDT2芯片以及PressFIT压接技术，该模块特别适合于A0级和A00级纯电动汽车，以及混合动力的中小功率逆变器。

比亚迪V-DUAL1模块采用自主研发的IGBT4.0（复合场终止）技术。IGBT4.0具备车规级可靠性和大电流性能，解决了大电流IGBT易失效难题。其电流输出能力较当前市场主流IGBT高15%，可应用于新能源汽车主电机驱动系统，对整车降低能耗起到有力地推动作用。V-DUAL1在输出电流特性、运行高温损耗、异常耐受性、温度循环寿命等关键性能与可靠性指标上对比行业同类产品，整体指标达到行业先进水平，部分指标达到领先水平。

V-DUAL1模块系列的BG600B12ME4D IGBT 模块采用标准封装，可以满足汽车级标准，专为新能源汽车控制器设计，并且提供低损和高短路能力,内含先进的平面栅场终止技术IGBT和超快速软恢复二极管芯片,在不超过16KHZ 频率的应用中表现出优良的性能。同时为了适应复杂的车用环境，模块外框材料采用了特性更好的PPS 材料，具有更好的耐热性能，不易变形，耐腐蚀性等优点，可确保模块的高质量及可靠性。

其主要特性包括：半桥模块、1200V 平面栅场终止技术、高短路能力、低导通和开关损耗、反并联超快速软恢复二极管。这款IGBT模块适用于汽车的交流马达控制和逆变器，以及光伏领域。

安森美符合AECQ-101汽车认证的MOSFET产品系列适用于48V轻度混合系统的电源结构、插电式混动/电动(PHEV/ BEV)汽车的车载充电单元、电气化动力总成中的高压到低压DC-DC变换器，以及连接电池的12V 电子控制单元(ECU)应用，符合汽车系统设计考量的要求。

其μ8FL（3x3mm）、SO8-FL（5x6mm）、Power56、LFPAK、Power88（8x8mm）和TOLL（10x12mm）封装较小，可取代用于电机驱动、电磁控制、反向电池保护电路和12V ECU系统的较大的DPAK、D2PAK和SOT-223封装。与旧封装相比，更小尺寸的占位具有更低的构造成本，其电阻和电感值分别低至0.2 mΩ和1 nH。这些属性转换为具有低导通电阻(Rds-ON)和门极电荷值的高性价比方案，可最小化导通和开关损耗。

单N通道MOSFET NVMTS1D5N08H具有如下特性：

• 小尺寸(8x8 mm)适合紧凑型设计

• 80 V, 1.4 毫欧, 273 A

• 低导通电阻RDS(on)可最小化传到损耗

• 低QG和电容可最小化驱动器损耗

• 通过AEC−Q101认证，支持PPAP能力

• Pb−Free和RoHS合规

瑞萨的汽车产品组合包括集成电源管理芯片(PMIC)，可满足大多数中央显示器、图像传感器、图像信号处理器和编码器技术组合的电源要求，适用于后视和全景环视高清汽车摄像头、驾驶员监控摄像头、高清行车记录、后座娱乐和虚拟仪表板。RAA271005是一款适用于R-Car SoC系列的车规级11ch Safe SoC PMIC，具有极低的静态电流。它包含5各DC/DC开关调节器和6个低压差线性调节器（LDO），DC-DC调压器可以工作于升压模式，也可以工作于降压模式。

RAA271005 PMIC支持低功耗工作，其中3个调压器(Buck3–Buck5)可以优化以最小化静态电流。它可以支持ASIL D功能性安全规范，包括一个独立的电压参考以监控输出电压、双内部温度监控器、异常响应看门狗定时器、SoC和MCU错误引脚监控器、复位发生器、专门的安全控制状态机，以及安全关闭路径。其内置的12位ADC可以监控所有的输入轨、输出轨、内部温度，并包括额外的输入以监控外部模拟信号源。

RAA271005采用6 × 11 BGA封装，具有0.65mm间距。该器件可支持AECQ100 Grade 1工作，温度范围为-40°C至+125°C。

其功能特性如下：

• 输入电压范围为2.7V–5.5V

• 5个高效开关调压器，输出电压可调，其中12A (Buck1)，VOUT从0.3V至3.3V；2.5A (Buck2–Buck5)，VOUT0.3V至3.3V

• 合并模式2 × 2.5A调压器= 5A

• Buck5可作为异步升压器

• 6个LDO调压器，其中4 × 60mA，VOUT = 1.8V或3.3V；2 × 500mA，VOUT = 0.6V 至3.3V

• 所有降压的限流都可以调整

• 内置12位ADC用于监控可调节OV/UV阈值

• 可调节功率序列，完全满足S4序列要求

• Low-Iq Deep-stop / Always On (AWO)模式，Suspend-to-RAM / DDR-backup模式

• 支持R-Car SoC激活

• Q&A看门狗定时器

• 可通过I2C或SPI接口配置

Wolfspeed拥有30年的碳化硅(SiC)设计和制造经验，其EV动力总成功率器件可以满足电动车系统和动力总成的电力驱动要求。

Wolfspeed 600 kW XM3高性能双三相逆变器参考设计

其N沟道增强模式SiC功率MOSFET C3M0015065K具有如下功能特性：

• 采用C3MTM SiC MOSFET技术

• 优化的封装带有分离的驱动源引脚

• 漏极与源极间的爬电距离为8mm

• 高阻断电压，低导通电阻

• 低电容的高速开关

• 快速内部二极管具有低反向恢复 (Qrr)

• 无卤素添加，RoHS合规

该器件可以为电动车充电器和DC-DC转换器等应用带来如下好处：减少开关损耗并最小化栅极振动；提高系统效率；减少冷却要求；提升功率密度；提高系统开关频率。

基本半导体专门为新能源汽车主逆变器应用开发的车规级全碳化硅功率模块BMF200R12P1 采用业内主流的单面水冷散热形式，可为高效电机控制器设计提供便利。单模块采用半桥拓扑结构，内部集成两单元 1200V/200A 碳化硅 MOSFET 和碳化硅续流二极管。单模块 200A 的输出电流能力可有效减少逆变器中功率器件数量，降低系统设计难度，同时提升系统可靠性。工程师可以根据设计要求选择是否并联使用或需要并联使用的数量，为设计选型提供更多灵活选择的空间。

BMF200R12P1 采用基本半导体最新的碳化硅 MOSFET 设计生产工艺，在栅极电输入电容、内部寄生电感、热阻等多项参数上达到业内领先水平。

芯洲科技第一款全车规36V，5A同步降压变换器SCT2450Q在其明星产品SCT2450的基础上，对晶圆和封测按IATF-16949体系升级，是经过第三方AEC-Q100认证的全车规产品。SCT2450在工业和车载应用中累计出货量超千万片以上，目前质量DPPM为0ppm。

SCT2450Q采用业界成熟的ESOP-8的封装，客户可在原有的ESOP-8封装非同步变换器的PCB基础上，做相应的性能升级。帮助客户省掉外部续流二极管，提高整机效率。同时，25uA极低的静态电流，可帮助系统很好的降低待机功耗。

SCT2450Q拥有多项芯洲发明专利，可保证汽车应用的可靠性并实现车载应用的输出过压保护功能，可在输出超过设定电压的10%后关断SCT2450Q，防止在某些意外情况下，后级系统出现过高的电压，为系统提供更高的可靠性。

目前，SCT2450Q在比亚迪和华阳等客户的智能座舱类产品中已经导入使用。同时，芯洲还有同系列的2A/3A ESOP-8产品SCT242x/SCT243x，适用于车载娱乐系统、T-BOX应用、车载DVR和电控系统等多种车载应用。

SCT2450Q原理图

SCT2450Q产品功能特性如下：

• 通过AEC-Q100认证

• 输入工作电压范围：3.8V~36V。

• 瞬态耐压（300ms）：42V (max)

• 工作环境温度范围：-40°C ~ 125°C

• 5A持续电流输出

• 反馈电压：0.8V±1%

• 轻载PSM模式，静态电流25uA

• 集成高边/低边功率管：48mΩ/23mΩ

• 优化开关节点无振铃降低EMI，带±6% 频率扩展功能

• 可调开关频率：100kHz~2.2MHz

• 支持外部时钟同步功能

• Low-Dropout工作模式

• 集成输出电压过压保护及芯片过温保护功能

• ESOP -8L 封装

上海岭芯微电子是上海贝岭股份有限公司的控股子公司，其前身为上海贝岭的先进电源事业部，主要从事电源管理芯片设计，可提供电源管理整体解决方案。岭芯微电子已推出AC/DC、DC/DC、LDO、PMU、马达驱动、电池管理、负载开关、LED驱动、功率器件、数字电源等通用模拟和数模混合产品，广泛应用于安防、网通、汽车电子、消费类电子、工控等领域。

岭芯微新推出的两款车规级DC-DC转换器产品是LC1555Q和LC2741Q。LC1555Q包括1%的高精度基准电压源、误差放大器、限流电路和输出驱动器模块，具有良好的负载瞬态响应和良好的温度特性。LC2741Q是一款带CV/CC模式降压型的DC-DC转换器，内置75mΩ高侧的MOSFET可提供高达4A的连续输出电流。

LC2741Q最大输入电压高达40V，工作输入电压在8.5V至35V之间。内置75mΩ高侧的MOSFET可提供高达4A的连续输出电流，并且输出电流精确到±7％之内，无需外部补偿，采用ESOP-8封装形式。LC2741Q已通过严格的车规验证，环境工作温度范围在-40℃到105℃，达到等级2标准。

• 最大输出电流：4A；恒定输出电压：5.1V；恒定电流精度：±7％；恒定电压精度：±2％

• 高转换效率达95％

• 短路保护（打嗝模式）；输入过压保护；输出过压保护；热关机保护

• 欠压锁定

• EMC轻松过，可节省磁性组件

• PCB布局简易

• ESD HBM> 5KV

• 同步降压，内置高侧和低侧MOSFET

• ESOP-8封装形式

LC2741Q可应用于车充、汽车DVD、行车记录仪和工业控制等领域。

SD45232是一款微型SOP8封装、高效率、可调限流的降压型DC-DC转换芯片，其内部包括误差放大器、振荡器、电流比较器、斜坡补偿、电流采样、逻辑驱动等模块，电流误差放大器的内部集成使得该芯片可以实现恒压恒流控制。

峰值电流模式的PWM控制环路以及补偿网络的外部可调，使得该芯片可在宽负载范围内提供稳定的输出电压；电流采样端的引出，通过设定采样电阻值，可以简单、精确的实现限流值的外部调节。

SD45232主要特点：高达2.4A的输出电流能力；输入欠压锁定；40V的最高工作电压；120KHz的开关频率，降低EMI的抖频技术；拥有专利技术的恒压恒流控制；输出电压导线电阻损耗补偿；限流可调；过温保护；纤小型SOP-8封装。

ADI的ADBMS6815M是一款多单元电池堆监控器，可测量多达12个串联电池单元，总测量误差(TME)小于1.9 mV。ADBMS6815M具有0 V至5 V的电池测量范围，适合大多数电池化学应用。它可在304 μs内完成所有12个电池电压测量，并可以选择较低的数据采集速率以实现高降噪抑制。

可将多个ADBMS6815M器件串联，以便同时监测更长串的高压电池组。每个ADBMS6815M都有一个隔离式串行外设接口(isoSPI)，用于高速、RF抗扰、远距离通信。多个器件以菊花链形式连接，通过最顶端或底端的器件连接到主处理器。该菊花链可双向操作，即使通信路径出错，也能确保通信完整性。

电池堆可直接为ADBMS6815M供电，也可采用隔离电源对其供电。ADBMS6815M包括针对每个电池的被动均衡，可对每个单元进行单独的脉宽调制(PWM)占空比控制。其他特性包括一个板载5 V稳压器、七个通用的输入和输出(GPIOx)线路，以及电流消耗可低至5.5 μA的休眠模式。

• 最多可测量 12 个串联电池单元

• 最大寿命总测量误差：±每节电池为 3.3 V 时，为 1.9 mV (–40℃ 至 +85℃)

• 用于高压电池组的可堆叠架构

• 内置式 isoSPI 接口

• 2 Mbps 隔离式串行通信

• 使用一根双绞线，最长 20 米

• 低 EMI 易感性和辐射

• 双向断线保护

• 电容器或变压器耦合

• 可热插拔，无需外部保护

• IC 和应用电路故障模式的诊断

• 只需 304 μ秒即可测量系统中的所有单元

• 具有可编程噪声滤波器的 16 位 ADC

• 无源单元平衡，每通道高达 300 mA，具有可编程 PWM

• 7 个 GPIOx 端口或模拟输入

• 温度或其他传感器输入

• 可配置为 I2C 或 SPI 控制器

• 休眠模式 V+ 电源电流：5.5 μA（典型值）

• 包括低功耗电池监控 (LPCM)，可在关机状态下进行电池和温度监控

• 带裸焊盘的 48 引脚 LFCSP_SS 封装

• 通过AEC-Q100汽车认证