英飞凌功率器件和单片机技术在能源利用和汽车电子的应用
正值2010年上海慕尼黑国际电子展期间，英飞凌半导体公司携几个应用领域的最新成果前来，与大家共话技术发展的最新动向。
能源领域
全球能源消耗的1/3都集中在电能方面，而美国、欧洲和中国是最大的能量消费实体。尤其是中国，随着工业化进程的加速，对电力的需求在急剧地扩大。为此，对新能源的开发和能量的高效利用就成为了一个重要的战略问题。智能电网的出现，正好是对这个问题的最好解决方案。按照能量的采集，传输和利用的顺序，可以把智能电网划分成6大部分。第一部分是能源转换，包括传统能源和新型可再生能源；第二部分是传输部分；第三部分是电网监控；第四部分是存储和采集；第五部分是智能抄表；第六部分是高效使用端。在这个电力供应链中，半导体器件都扮演了很重要的角色，而英飞凌公司的最新产品更是发挥了重要的作用。以能源部分为例，风能最近受到青睐，英飞凌专为风能发电提供了高效的IGBT模块。相对于前代产品，新的IGBT4具有更高的能量密度，能进一步降低系统成本。此外，在能量转换阶段，基于碳化硅和硅的6项技术可使得能量转化效率大幅提升，具体来说，逆变器的效率将能达到99%。
图1 智能电网结构
汽车电子
汽车电子是功率电子器件的另一大应用领域，也是英飞凌公司的主营业务的很大一部分。据统计，每部汽车平均有25颗英飞凌器件，而平均1/3的发动机管理系统由英飞凌的单片机控制。
当下的一个趋势是电动汽车的开发和使用，而电动汽车对IGBT的要求是非常苛刻的，高温以及温度的强烈变化，高强度的机械震动都是需要克服的挑战。英飞凌的HybridPACKTM系列IGBT模块是专门针对汽车应用开发的，经过了多道严格的测试。其中，HybridPACKTM1适用于最大电池电压为450V且功率高达20kW的轻度混合动力汽车。这种模块以IGBT沟槽栅场截止技术为基础，可实现较低的开关损耗。其经过专门设计，长期工作结温为150℃，采用六管三相桥结构，额定值高达400A/600V，将方便客户启动混合动力汽车和电动汽车完整逆变器的开发。HybridPACKTM2最大功率为80kW，全混HEV和EV皆可使用，额定电流高达800A。整个HybridPACKTM套件包括IGBT模块、水冷器、驱动器板、适配器板和16位/32位TriCore微控制器，适用于风冷或低温液体冷却的逆变器系统。另外，还有PrimePACKTM模块，其采用了英飞凌第四代IGBT，最高结温为175℃；通过将IGBT的位置更靠近基板螺丝固定点的方其法，有效降低了基板与散热片之间的热阻效应，内部杂散电感与同级产品相比降低约60%，适用于公交汽车、商用工程车辆。
图2 HP1内视图
图3 HP2内视图
在提供功率模块的同时，英飞凌还面向中国市场提供了多套设计平台和方案，如完整的ABS/ESC方案，成熟完整的RKE/TPMS设计方案及与国内主要供应商开发中的AMT，AT TCU方案等。
单片机
英飞凌公司的X800系列在工业和汽车中应用广泛，现在，又有两个新的系列：XC82x和XC83x加入这个家族。其中，XC82x和XC83x微控制器可确保以极其经济划算的方式，实现节能控制理念。它们集成多种特性，包括电容式触控和LED矩阵控制器、模拟EEPROM、10位模数转换器（ADC）、与ADC实现硬件连接的捕获比较单元（CCU6）、看门狗定时器、掉电模式和各种通信接口诸如UART、高速SPI及I2C。XC82x系列还集成了乘除算法单元（MDU）。XC83x则具备一个16位矢量计算器和一个ROM库可以实现磁场定向控制功能,并且还有大电流I/O口（30～50mA）。
在照明领域，以LED为代表的新型照明正在兴起，使用LED路灯照明可节能达80%。XC82x/XC83x在照明应用中可实现RGB、调光、温度等LED灯光控制功能，HID的启动和恒定功率控制，并通过网络通信实现各种智能控制。在马达控制中，XC82x/XC83x具有更平滑的换相控制，更低噪声和较小损耗，无刷电机，减少摩擦损耗，减少磨损/维护工作，无传感器磁场定向控制，降低失效的风险；实现更高效率，连接性；实现远程控制，损坏监测，故障警报。还有一个应用领域是智能电源控制，在控制转换上，XC82x/XC83x的许多优化操作使控制更灵活有效，实现PFC功能并提高AD/DC转换效率，控制蓄电池充电，实现主动电池平衡。
图4 基于XC82x/XC83x的路灯控制方案
为了方便工程师开发，英飞凌还提供了免费的软件开发平台：支持XC800系列单片机DAvE Bench for XC800，基于Eclipse的IDE，使用方便；Project和workspace管理，自动连接DAvE，集成支持XC800的SDCC编译器，集成HiTOP Eclipse调试器，集成FLOAD：Flash下载工具，集成U-SPY：可视化串口调试界面。通过多种应用套件和工具，可满足新系统设计面临的急迫的上市时间要求。
图5 DAvE Bench操作界面
提高效率，增加系统的智能化，这些都是半导体厂商不懈努力的方向。英飞凌公司在这方面做了很多优秀的工作，这些成果将有助于我们进一步实现绿色世界的梦想。