茂睿芯双通道低侧栅极驱动器，助力新能源

发布时间：2023-05-18 09:09
作者：Ameya360
来源：网络
阅读量：2641

　　随着新能源汽车的快速发展，充电桩作为新能源电动汽车产业的基础设施建设，也逐渐受到关注，对充电桩电源模块的要求也越来越高，充电模块属于电源产品中的一大类，好比充电桩的“心脏”，不仅提供能源电力，还可对电路进行控制、转换，保证供电电路的稳定性，因此，电源模块的性能，将直接影响充电桩整体性能。同时，充电模块占整个充电桩整机成本的一半以上，也是充电桩的关键技术核心之一。


茂睿芯双通道低侧栅极驱动器，助力新能源

　　

　　NO.1、MD18624市占率超50%

　　　　充电模块主要应用于直流充电设备，是直流充电设备的核心部件。而功率器件又是充电模块的关键器件，作用是利用驱动芯片管控整流、稳压、开关、变频等一系列操作，帮助电流安全地从充电桩端流向电池端。因此，作为充电桩模块功率器件的上游厂家，必须掌握自主研发生产性价比高的驱动芯片才得以在市场立足。

　　虽然充电桩模块增长放量，上游的元器件需求增长，但直流充电模块内部结构复杂，同时客户验证要求高，黏性大。因此对芯片设计研发技术要求极高，研发能力是芯片设计企业价值体现的重要衡量指标，企业需要资金、时间、人员的大量研发成本投入，才能完成一款芯片的研发设计。

茂睿芯双通道低侧栅极驱动器，助力新能源

　　自2017年7月运营以来，茂睿芯一直坚持自主创新研发和特色差异化发展路线，已经推出众多中大功率电源管理芯片精品。助力新能源新基建，茂睿芯推出的高性能28V耐压5A驱动电流的双通道低侧栅极驱动器MD18624交出一份满意的答卷。根据第三方独立调研机构沙利文的调研报告，2022年MD18624在新能源汽车直流充电桩领域，市场占有率达到56.9%，年出货量达到数千万颗。

　　茂睿芯双通道低侧栅极驱动器，助力新能源



　　NO.2、MD18624在新能源汽车直流充电桩上的应用


　　茂睿芯量产的MD18624驱动器在新能源汽车直流充电桩模块的前级维也纳PFC级可作为非隔离驱动存在，同时，其在后级LLC搭配隔离变压器以实现隔离驱动的目的。

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　　NO.3、双通道5A低侧栅极驱动MD18624-Q1

　　满足新能源汽车车载充电机应用，可靠性需求的进一步提高，茂睿芯推出符合ACE-Q100认证的车规级双通道5A低侧栅极驱动器MD8624-Q1，其特点如下：

　　1)VCC耐压可达28V

　　2)输入引脚(包括IN和EN)耐负压(-10V)

　　3)输出OUTA/OUTB耐负压能力更强(-2V ≤ 200ns脉宽，-5V ≤ 100ns脉宽)

　　4) 支持双通道并联实现10A驱动能力

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　　NO.4、可靠性更强

　　充电桩功率器件在实际应用中环境恶劣(高低温范围宽，电磁干扰大，维护成本高等)，需要不间断工作十年或以上，因此对驱动芯片可靠性有着极高的要求。MD18624-Q1不仅通过了完整的JEDEC可靠性标准测试，还获得了AEC-Q100车规认证，其可靠性在客户系统中得到充分验证。

　　茂睿芯双通道低侧栅极驱动器，助力新能源

　　而与直流充电相比，交流充电受车载 OBC 功率限制，一般功率小、充电慢，针对困扰，茂睿芯推出的双通道5A低侧栅极驱动器MD8624-Q1，极端工况更可靠，减少驱动器损坏返修，同时优化并联机制，便于两通道间并联使用，也可用于OBC辅源供电系统。

　　MD18624-Q1在OBC中CLLC的应用

　　车规级双通道低侧栅极驱动器MD18624-Q1一经推出，就获得大量客户的青睐，目前已经在多家整车厂及其一级供应商实现量产。

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　　自2022年OpenAI发布ChatGPT以来，生成式人工智能(AI)技术获得了广泛关注，一系列开创性研究成果相继发布，引领了人工智能的新一轮创新浪潮。当前人工智能、数据中心等算力基础设施，都以GPU、NPU/TPU、CPU等算力芯片作为计算核心，它们均基于先进半导体工艺制作，采用多相电源(多相控制器 + 智能功率级Smart Power Stage，简称SPS)为其提供低压大电流的电源管理解决方案。为满足客户当前对多相电源高功率密度、高效率和高可靠性的需求，降低TCO、提高电能转换效率和实现“双碳”目标，茂睿芯推出了90A等级的智能功率级MK6850。　　SPS在AI服务器供电架构中的应用　　SPS在传统服务器供电架构中的应用　　二、茂睿芯90A SPS产品 MK6850　　智能功率级是一种高端的DC-DC芯片，是电源管理芯片中技术含量最高的产品之一。MK6850作为一颗智能功率级产品，采用多晶圆封装技术，内部集成了两颗超低Rdson 的SGT MOSFET和一颗高性能驱动芯片，同时采用了业界标准的5mmx6mm QFN封装，此封装占板面积小，可大幅提升功率密度，能广泛应用于高性能服务器，存储服务器，数据通讯，AI训练和推理加速卡，显卡，高端台式机和笔记本等应用。　　三、MK6850 产品特征　　● 集成高性能SGT MOSFET上下管和智能驱动　　● 30V/25V 上/下管耐压　　● 90A 最大平均电流　　● 120A 峰值过流保护　　● 5uA/A IMON上报　　● 8mV/℃ 温度上报　　● 200kHz-1.2MHz 开关频率，瞬态4MHz　　● 4.5V-16V 输入电压范围　　● 4.5V-5.5V 驱动电压　　● 3.3V/5V PWM逻辑电平　　● 支持三态PWM和使用下管体二极管进行降低过冲操作　　● BOOT-PHASE 电容电压自动刷新充电　　● 丰富的保护功能：正电流保护, 负电流保护, 过温保护，VCC/VDRV/BOOT-PHASE欠压保护, 上、下管短路保护，智能故障上报识别Fault ID　　● 兼容多品牌多相控制器　　● 符合ROHS标准　　● 管脚兼容(行业标准39-Pin 5x6 QFN)　　四、MK6850 引脚封装图&典型应用框图　　MK6850引脚封装图　　MK6850典型应用框图　　五、MK6850 三大重要设计指标　　GPU、NPU/TPU、CPU等算力芯片的运算速率越来越高，处理数据量与日俱增，能耗持续攀升，对智能功率级(SPS)的性能和稳定性提出了更高的要求，因此茂睿芯将高可靠性，高效率和高精度IMON上报作为MK6850的三大重要设计指标。　　1、高可靠性　　针对高可靠性，MK6850采用了垂直结构的SGT MOSFET，相较于平面MOSFET，SGT MOSFET具有热阻小，耐压高，EAS能力强。经过器件长时间的封装可靠性测试、超20万小时的重载可靠性测试以及极限测试，全方位地验证了器件的可靠性，确保其稳定可靠。　　2、高效率　　为提高效率，MK6850采用了超低Rdson的SGT MOSFET，配以低阻抗大通流的铜扣封装，对死区时间进行了精细优化。以12V输入、1.8V输出、5V驱动电压、800kHz开关频率条件为例，MK6850的峰值效率为94.7%，领先于国内同类产品。　　12V 转1.8V效率图(已含电感损耗)　　3、高精度 IMON 上报　　SPS产品的IMON上报精度对于CPU等中央处理器的性能起到至关重要的作用，上报偏高会限制CPU的性能;上报偏低可提高CPU性能，但会使CPU过热从而影响CPU使用寿命。　　MK6850具备实时侦测内部MOSFET电流信息的能力，结合驱动器内置的先进电流上报算法以及精准的温度补偿机制，使其能够实现5uA/A且精度为±5%的IMON输出，确保提高CPU性能的同时不影响CPU的使用寿命。　　12V转1.8V 800kHz IMON上报误差图　　六、MK6850 温度上报与保护功能　　MK6850内部集成了温度上报与过温保护功能，温度信息通过TMON引脚以8mV/℃的比例输出。同时，MK6850 TMON引脚还兼具故障输出功能，能够通过电平的高低向多相控制器报告不同类型的错误。　　在保护功能方面，MK6850特别设计了峰值逐周期限流功能，专为预防多相控制器误发长PWM脉宽信号而出现输出电感饱和的问题，这一功能设计为防止电感饱提供了坚实后盾与最后一道安全防线。　　其次，MK6850还具备负电流保护功能，能够在输出电压下调(DVID DOWN)或过压保护(OVP)等情况时，有效防止因长时间开启下管所导致的电感反向饱和现象。即便在电感未发生反向饱和的情况下，当控制器需要关闭下管时，也能阻止过大的负电流流经上管的体二极管，从而确保上管的安全，避免其因过热而损坏。　　值得一提的是，MK6850还具备BOOT电容自动刷新功能，当PWM信号持续处于三态模式，并且BOOT电容电压跌落至预设的阈值以下时，驱动电路会自动对BOOT电容进行充电，这一设计确保了在下一次上管开启时能够为其提供足够的驱动电压，从而保障整个电源系统稳定和高效的运行。　　七、MK6850 兼容性分析与测试　　1、MK6850 兼容性分析　　智能功率级(SPS)与控制器必须连接的三个引脚为IMON、TMON/FLT和PWM，以下从原理上分析MK6850 这三个引脚和市面上主流多相控制器的兼容性。　　①IMON 引脚　　MK6850 IMON上报符合业界通用标准5uA/A，通过微调控制器IMON的Gain和Offset，可达到CPU所要求的IMON上报精度，也可以外接1kΩ电阻，将电流型的IMON变成电压型IMON，实现向下兼容。　　②TMON/FLT 引脚　　MK6850 TMON符合业界通用标准8mV/℃，0.6V@0℃，可完全实现兼容，发生Fault时TMON能拉高至3.3V。　　③PWM 引脚　　MK6850 符合业界控制器通用3.3V PWM电平标准。　　MK6850可以在PWM三态、PWM高和PWM低之间任意切换，POCP功能可保护PWM高到PWM三态产生长脉宽而造成地电感饱和。　　MK6850支持PWM高最小脉冲，当PWM高不足50ns时能扩展为50ns，可防止驱动器损坏。　　MK6850支持PWM低最小脉冲，当PWM低不足50ns时能扩展为50ns，可防止驱动器损坏。　　MK6850支持NOCP，当PWM常低时防止电感反向饱和，阻止负电流损坏上管体二极管。　　MK6850支持POCP，当控制器P2CL不准确，或者PWM常高时防止电感饱和。　　MK6850支持大动态释放负载时PWM变为三态进入Body Braking模式。　　2、MK6850 兼容性测试　　MK6850的驱动器内置严密控制和保护逻辑，已成功与国内外多家厂商的多相控制器进行了广泛的兼容性测试，包括但不限于英特尔VR14 Eagle Stream 350W平台、国内64核ARM平台&SW64平台。　　①Intel VR14 Eagle Stream平台0A-445A静态电流上报: 通过　　②Intel VR14 Eagle Stream平台108A-445A, 1081A/us, 3D Worst Case：通过　　③通过多客户多平台测试　　八、MK6850 典型应用场景
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　　茂睿芯全系列车规CAN收发器产品目前均已实现量产出货，包括：MCAN1042-Q1、MCAN1044-Q1、MCAN1043-Q1、MCAN1145-Q1，新款集成信号改善技术的CAN FD SIC收发器MCAN1462-Q1、MCAN1463-Q1、MCAN1465-Q1。　　一、全系列车规 CAN 收发器选型表　　二、CAN产品规划路线图　　三、产品特征　　● 标配信号改善能力　　(振铃抑制/SIC-Signal Improvement Capability)　　● 增强总线传输性能　　● 提高总线通信速率　　● 优化总线共模输入能力　　● 强化总线系统级ESD能力　　● IO口兼容5V和3.3V应用(部分型号可以兼容1.8V应用)　　● 支持与不同厂家收发器的组网兼容性通信　　● 唤醒模式涵盖本地唤醒、任意帧唤醒、局部联网功能，适配客户不同的应用场景　　● 向下兼容，无需任何软硬件改动，即可完成收发器的版本升级　　四、全系列 CAN 收发器引脚封装总览　　茂睿芯推出的最新款CAN FD SIC收发器(MCAN1462-Q1、MCAN1463-Q1、MCAN1465-Q1等)适配不同的总线拓扑，涵盖了线性拓扑，多分枝拓扑(含单星型、多星型拓扑)，在8节点、16节点网络拓扑下，支持2Mbps、5Mbps甚至更高的通信速率。　　五、C&S兼容性报告　　茂睿芯推出的CAN收发器能提供德国C&S实验室提供的兼容性报告，可直接和其他通过C&S认证的CAN收发器稳定可靠的通信，能保证汽车电子各控制单元(ECU)之间互联互通，提高整车的性能和可靠性。
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　　茂睿芯推出第三代支持信号改善功能、具有睡眠模式的CAN SIC(Signal Improvement Capability)收发器MCAN1463-Q1。MCAN1463-Q1符合ISO 11898-2:2024高速CAN规范物理层要求，并率先通过德国C&S机构提供的符合ISO 11898-2和CiA 601-4标准的组网测试认证。该测试意味着MCAN1463-Q1可以在各种复杂组网条件下与其他符合国际标准的产品稳定通信。目前MCAN1463-Q1通过了国内多家车厂和Tier1项目测试并拿到定点项目，现已稳定量产出货。　　MCAN1463-Q1具有更严格的位时间对称性和环路延时特性，可以轻松实现8 Mbps的组网应用;支持1.8V/3V/5V的IO交互电平，可以灵活适配客户应用场景;BAT支持5V电源条件下的稳定工作;成熟的CAN SIC信号改善技术可以满足客户布线需求，优化复杂网络的信号质量，广泛应用在汽车域控、ADAS等领域。　　一、MCAN1463-Q1系列产品特性　　● 符合ISO 11898-2:2024协议标准　　● 支持信号改善功能，满足CiA 601-4协议标准　　● 无需共模电感　　● 支持CAN FD，8Mbps通信速率　　● BAT支持4.5V~58V　　● IO交互电平支持1.7V~5.5V　　● 共模工作电压：±30V　　● 总线故障保护电压：±58V　　● 支持本地和远程唤醒　　● 睡眠模式INH输出控制电源关闭　　● 总线电压自动偏置功能　　● 工作模式：　　—Normal mode　　—Listen mode　　—Standby mode　　—Sleep mode　　● 故障诊断功能　　● 封装：SOP14、DFN14　　● 提供第三方机构出具的兼容性报告，EMC和ESD报告　　二、MCAN1463-Q1系列封装及引脚功能　　1、引脚封装图　　2、引脚功能定义　　二、MCAN1463-Q1应用框图　　1、典型系统应用框图　　2、3.3V MCU应用框图　　四、MCAN1463-Q1产品亮点　　1、C&S认证报告　　2、 出色的电磁兼容特性　　汽车领域集成了众多电子设备，如车载娱乐系统、车身电子稳定系统和安全气囊系统等，零部件的电磁兼容能力有着极为重要的必要性。正常工作的电子零部件会以空间辐射和传导的形式影响车内其他电子设备，严重时会导致系统接收到错误的指令和发生严重的误响应。在如此恶劣的电磁环境中，也需要保证CAN收发器的正常工作的能力。基于车厂和Tier1客户的测试需求，MCAN1463-Q1已经在权威的第三方认证机构通过了如下全部EMC测试，可以提供充分且完整的测试报告。　　3、优秀的EMI能力　　在工况复杂的汽车应用中，系统内部的电磁干扰会以辐射和传导的方式对外进行干扰，从而会影响到系统其他器件的正常工作。茂睿芯MCAN1463-Q1基于创新的自主设计驱动架构，依照IEC 62228-3标准进行测试，表现如下(以500kbps举例说明)：　　传导发射-500kbps with Common Choke　　传导发射-500kbps without Common Choke　　辐射发射-500kbps without Common Choke(4个方向)　　4、突出的系统级静电放电抗扰度　　根据IEC 61000-4-2标准，搭配MCAN1463-Q1的系统级ESD可以通过±30kV的接触放电和空气放电。基于国内车厂和Tier1降本增效的行业基调下，茂睿芯推出的MCAN1463-Q1在省去外部共模电感的条件下，可以轻松通过客户±8kV的接触放电和±15kV的空气放电的测试要求，节约客户BOM成本，且能提供相应的第三方测试报告。　　5、可靠的脉冲抗扰度　　在车辆实际运行环境中，存在着各种各样可能产生脉冲干扰的情况，比如车辆启动、停止时电源系统的电压波动，电气设备的开启与关闭动作等。通过对电子零部件进行脉冲抗扰度测试，能够确保这些设备在面临此类脉冲干扰后仍能正常运行，根据ISO 7637-2标准，茂睿芯推出的MCAN1463-Q1严格地进行并通过了12V和24V车载系统的零部件实验：　　五、典型应用场景
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