NOVOSENSEのアイソレーションおよびドライバー技術はNEVでSiC+800Vを実現

【上海2023年4月3日PR Newswire】現在、新エネルギー車（NEV）に代表される新生の車両が従来の燃料車に急速に取って代わりつつあります。新エネルギー車はより多くの人々の選択肢になりつつありますが、消費者経験においてまだ問題点があることは間違いありません。その1つは充電エクスペリエンスの不便さ、充電速度の遅さ、もう1つは航続距離の不安です。

新エネルギー車の今後の市場を拡大するには、まず電動化効率の観点から着手する必要があり、現在の重要なトレンドは、アイソレーションおよび駆動技術が不可欠な800V電気アーキテクチャー+SiCパワーデバイスの使用です。

▽車両電動化の新たなトレンド

車両の電動IC化のトレンドは、最初に高電圧アーキテクチャーを開発し、充電電圧を上げ、充電電流を一定にした条件下で充電電力を増加させ、5分間の充電で200kmを走行するという目標を達成することです。現在、国内外の一部車種はスーパー充電パイルを採用し、母線電圧800Vにも対応し、多くの車種で量産されています。市場調査によると、2025年までに、800V高電圧アーキテクチャーを搭載した新エネルギー車の販売台数は約100万台に達し、3年間のCAGR（複合年間成長率）は270%に達すると予想されています。2025年には、800Vアーキテクチャーを搭載した新エネルギー車の世界販売台数が200万台に達すると予想されています。

2つ目のトレンドは、高電圧SiCパワーデバイスの活用です。その利点は、第3世代の半導体デバイスが高電圧、低オンオフ損失、小型サイズなどの利点を備えていることであり、電気駆動効率の向上、電気駆動重量の最適化、航続距離の10%－15%拡大に寄与します。

上記の2つのトレンドは、アイソレーションICとドライバーICに対する新しく、かつより高度な要件を提示します。まず、800V高電圧プラットフォームのバッテリー、モーター、電気制御システム（OBC、DC-DC、BMSを含む）、エアコンプレッサー、PTC、電気ドライバーの電圧レベルがそれに応じて上昇します。

▽新エネルギー車のアイソレーションおよび駆動技術

まず、新エネルギー車のアイソレーションは、400V－800Vのバッテリー電圧で人的および機器面の安全を保護するための安全認証要件に基づいており、プロセッサーやその他の弱電電圧デバイスも、高電圧側から電気的にアイソレーションするためのアイソレーションチップが必要です。2つ目は、レベル変換機能を実現するためにアイソレーションデバイスを使用する必要がある共通要件です。3つ目は、より高いCMTI（コモンモード過渡耐性）を達成し、大きなノイズ干渉を回避して、パワーチューブのミスオープンを回避するための高いノイズ耐性要件です。特に、SiCを適用すると、スイッチング周波数が高くなり、比較的大きなdv/dtノイズが発生する可能性があります。

沿面距離も安全コンプライアンスの要件の1つです。これは、フラッシュオーバーまたはブレークダウン（マーキング）を引き起こすチップパッケージ表面の距離です。新エネルギー車の高電圧バッテリー、モーター、電気制御システムの一共通の沿面距離は、8mmのアイソレーションデバイスです。バッテリー、モーター、電気制御システムを800V電圧に高めると、沿面距離も長くなります。

さらに、大きなピーク出力電流は、パワーチューブの迅速な開閉要件を満たすために、より大きな電流でスイッチチューブをオンにする必要があります。新エネルギー車は駆動に電動エアコンプレッサーを必要としており、メインモータードライバーとPTCは高電圧の電気的アイソレーションも必要とします。

現在、業界にはいくつかの主流のアイソレーション技術があり、NOVOSENSEは容量性カプラーに基づく容量性アイソレーション技術を採用しています。容量性アイソレーションチップでは、アイソレーションキャパシターは2つの別々のベアチップに配置されます。電気的アイソレーションに優れた強化アイソレーション技術を採用しているため、2枚の容量板を直列に接続することで強化構造のアイソレーションを実現しています。それらの間のアイソレーション媒体は、より高いアイソレーション強度を持つ一種のアイソレーション媒体である二酸化ケイ素です。それぞれのミクロンアイソレーションの耐電圧は400V以上に達することができ、これは光カプラーで使用されるアイソレーション媒体（エポキシ樹脂）の5－6倍です。理論的には、厚さ30ミクロンのアイソレーショングリッドは、10kV以上のアイソレーション電圧に達することができます。実測60秒耐電圧も12kVレベルに達します。さらに、チャンネルごとの静電容量アイソレーション差動伝送アーキテクチャーも、コモンモードノイズ抑制の向上に役立ちます。

コモンモード抑制には、変調が必要です。つまり、入力信号は、変調によってキャパシターまたはその他の媒体で伝送されます。一般的なアプローチは、通常、入力信号を400メガバイト以上の搬送波に変調し、キャパシター間で伝送するOOKエンコーディングを使用することです。NOVOSENSEが特許取得済みのアダプティブOOKコーディング方式は、NOVOSENSEによって最適化されており、アイソレーターのコモンモードノイズ耐性をさらに向上させます。他の2つのアプローチと比較して、OOKコーディング変調には、コモンモード抑圧に対する耐性が強いという利点があります。

NOVOSENSEの製品は、12kVrmsの耐電圧アイソレーション能力、12kV以上のEMC性能とサージおよび10kV以上のESDの両側能力を特徴としています。これらの製品はUL/CUL/VDE/CQCをはじめ、業界で主流の安全コンプライアンス認証を取得しています。

NOVOSENSEはアイソレーションサンプラー、アイソレーションドライバーを含むデジタルアイソレーションチップとアイソレーション電源、そして一部のインターフェース関連製品と車載用アイソレーションデバイスを提供しており、これらは現在、フル回転で量産中です。

第3世代の半導体はアイソレーションデバイスへの要求が高くなっています。スイッチング周波数はシリコンベースの10kHzからSiCの100kHzに、アイソレーション電圧は1000V以上に高まっています。

それに加え、デジタルアイソレーターのSiCデバイスの要件は、より高いスイッチング周波数と、100kV/マイクロ秒以上のコモンモード抑制能力を持つ高い伝送率です。NOVOSENSEのアイソレーションデバイスは150kV、あるいは200kVにさえも達することが可能です。

新世代の電気駆動系開発プラットフォームにおいて適切なSiCパワーチューブ駆動チップを選択する際に考慮すべき重要な指標は、CMTI、広いグリッド電圧スイング、大きなピーク出力電流、速い立ち上がりと立ち下がり時間、迅速な短絡保護とソフトシャットダウン能力です。

▽NOVOSENSEのシステムと製品ソリューション

NOVOSENSEは、NEV電気ドライバーのメインモータードライバー・アプリケーションにおいてNSi6611、NSi6651インテリジェント保護強化アイソレーションドライバーをはじめ、強化デジタルアイソレーター、強化アイソレーションサンプラーなどのアイソレーションドライバーを量産しています。

ドライバーに加え、NOVOSENSEはバッテリー、モーター、電気制御システム向けに母線電圧または電流アイソレーションサンプラーのNSi1311、NSi1300を提供しており、比較的高い市場シェアを有しています。

NSi82xxはNOVOSENSEが発売した最初期の自動車グレードのデジタルアイソレーション製品です。1-6チャンネル方式をカバーし、ナローボディー8、ワイドボディー8、ワイドボディー16といった異なるパッケージを採用しており、沿面距離15mmで800Vのアプリケーションに適合する超ワイドボディー・アイソレーションデバイスが含まれています。また、CAN用の1042、1051、1043といったインターフェース製品もあり、1145については近日中にサンプルの準備が整う予定です。

強化アイソレーションの主な利点は動作電圧の絶縁であり、耐電圧は毎分5000V ACです。NSi82xx強化デジタルアイソレーターは公称アイソレーション電圧が5000Vrms、絶縁油の耐電圧測定値が12kVで、十分なマージンと比較的高い信頼性を持つヒーロープロダクトです。

アイソレーショングリッドの両端には20年以上の長期にわたってアイソレーション動作電圧が印加されるため、アイソレーターの故障率は1ppm未満であることが必要です。基本的なアイソレーションの場合にはこの要件は大幅に緩く、要求されるのは1000倍の差である1000ppm未満の故障率です。

▽自動車製造業界のニーズに対応

NOVOSENSE のアイソレーションおよびドライバー製品は OBC、DC-DC、メインモータードライバー、BMS および熱管理システムで主に使用されています。同社製品の性能はアイソレーションと駆動技術の業界で競争力があり、安全で信頼できる生産サプライチェーンを中国に有しています。成熟した製品経験と健全なインテリジェント生産システムはAEC-Q100認定を受けたことに反映されており、同社は製品の定義と開発からバックエンドのウエハーパッケージングに至るまで、自動車グレードのプロセスおよび制御コンセプトを厳格に遵守しています。