意法半导体 2016年新能源车技术日 2016年11月至12月, 中国
微电子的EV/HEV市场机会
• 从从从从2015年起年起年起年起NEV市场急速发展市场急速发展市场急速发展市场急速发展
• 政府政策鼓励新能源汽车(NEV)• 到2016年3月为止,在中央补贴的基础上,17个省为NEV提供了补贴。
• 在大城市,EV车没有新车上牌的限制。
• 已经制定了支持基础设施改造、技术发展和EV生产的方案。
• 中国NEV销量:15年 331Ku,与14年相比增长了3.4倍。16年目标700Ku。
EV/HEV有很多本地设计机会
• 32位位位位MCU的的的的NEV机会机会机会机会
• ST PPC渗透进入NEV内的传统汽车应用• 安全气囊、BCM/网关、转向、停车、制动、HVAC、门区等等。
• ST PPC用于EV/HEV内的新应用。• BMS、DC-DC转换器、逆变器、VCU等等。
3
汽车微控制器发展蓝图
2008 2012 2015 2018
SPC56 (90nm) SPC57 (55nm) SPC58 (40nm) SPC59 (28nm)
硅技术硅技术硅技术硅技术 CMOSM10…CMOSM28…
系统系统系统系统,,,,软件软件软件软件
单核到多核单核到多核单核到多核单核到多核
完整完整完整完整Autosar
安全安全安全安全,,,,加密加密加密加密
ISO26262 ASIL A-D / 失失失失效管理效管理效管理效管理
HSM / SHE+
质量和可靠性质量和可靠性质量和可靠性质量和可靠性 顶级的顶级的顶级的顶级的零缺陷策略零缺陷策略零缺陷策略零缺陷策略
制造过程制造过程制造过程制造过程 灵活独立的制造过程灵活独立的制造过程灵活独立的制造过程灵活独立的制造过程
架构设计
生产 认证 设计 概念设计
4
Bolero 1.5M低功耗低功耗低功耗低功耗
ST PowerPC微控制器产品组合SPC56系列 –您应用的解决方案
Pictus 512K64MHz, Flexray
Leopard 512K80MHz,,,,双核双核双核双核
适合适合适合适合ASILD
转向转向转向转向
安全气囊安全气囊安全气囊安全气囊
停车距离停车距离停车距离停车距离
控制控制控制控制
悬架悬架悬架悬架
车身车身车身车身
控制控制控制控制
传动传动传动传动
Andorra2M120MHz, Flexray
Monaco 1.5M80MHz, eTPU32ch
制动制动制动制动
发动机发动机发动机发动机
雷达雷达雷达雷达
Leopard 1M120MHz,,,,双核双核双核双核
适合适合适合适合ASILD目的目的目的目的
Leopard 2M 双核双核双核双核
20MHz
Pictus 256K64MHz, 4xDSPI
Andorra 4M 145MHz
eTPU 32ch
实现示例
从从从从
汽车应用汽车应用汽车应用汽车应用
至至至至
大规模市场应用大规模市场应用大规模市场应用大规模市场应用
• 面向安全面向安全面向安全面向安全((((SIL C&D)()()()(例例例例
如电梯如电梯如电梯如电梯))))
• PowerPC爱好者爱好者爱好者爱好者
• RobuST版本的版本的版本的版本的PowerPC现现现现
用于航空航天和国防领域用于航空航天和国防领域用于航空航天和国防领域用于航空航天和国防领域
SPC56
5
动力系统应用
•低功耗低功耗低功耗低功耗/节能系统节能系统节能系统节能系统
•与普通与普通与普通与普通PFI系统相比系统相比系统相比系统相比,,,,GDI有高达有高达有高达有高达25%的燃料节约的燃料节约的燃料节约的燃料节约
低端低端低端低端EMS::::PFI
多种空气多种空气多种空气多种空气燃料燃料燃料燃料
传感器传感器传感器传感器接口接口接口接口
高端高端高端高端EMS::::GDI
GDI预驱动预驱动预驱动预驱动
U-Chip
uC
节气门控制节气门控制节气门控制节气门控制
4-cyl U-Chip
• 集成度高集成度高集成度高集成度高、、、、节约空间节约空间节约空间节约空间、、、、节省节省节省节省
成本成本成本成本((((U-Chip +uC构建系构建系构建系构建系
统统统统))))
•灵活度高灵活度高灵活度高灵活度高,,,,容易适合不同系容易适合不同系容易适合不同系容易适合不同系
统的需求统的需求统的需求统的需求
2轮轮轮轮U-Chip
BMS/充电充电充电充电
SIP LIN Alt.Reg.
EV/HEV电池电池电池电池管理管理管理管理
•兼容高性能兼容高性能兼容高性能兼容高性能BMS ISO26262
•具有嵌入式具有嵌入式具有嵌入式具有嵌入式LIN协议的灵活协议的灵活协议的灵活协议的灵活
的交流发电机稳压器的交流发电机稳压器的交流发电机稳压器的交流发电机稳压器
uC
双双双双离离离离
合合合合器器器器 CVT
传动传动传动传动
•灵活的气门驱动器灵活的气门驱动器灵活的气门驱动器灵活的气门驱动器,,,,用于所用于所用于所用于所
有发送应用中的硬件电流控有发送应用中的硬件电流控有发送应用中的硬件电流控有发送应用中的硬件电流控
制制制制
• 可扩展方案可扩展方案可扩展方案可扩展方案
6
安全和底盘应用
安全气囊安全气囊安全气囊安全气囊/安全安全安全安全
制动制动制动制动
EPS
系统系统系统系统
芯片芯片芯片芯片
uC
气门驱动气门驱动气门驱动气门驱动
器器器器 4ch
8ch
ABS/ESP系统系统系统系统
电子电子电子电子
驻车制动驻车制动驻车制动驻车制动
三相电机三相电机三相电机三相电机
驱动器驱动器驱动器驱动器
•电动助力转向增加的电动助力转向增加的电动助力转向增加的电动助力转向增加的CAGR为为为为10%
•在很多汽车应用中在很多汽车应用中在很多汽车应用中在很多汽车应用中,,,,BLDC电机成为主流电机成为主流电机成为主流电机成为主流
•电子驻车制动电子驻车制动电子驻车制动电子驻车制动CAGR为为为为32%
• ABS/ESP灵活灵活灵活灵活、、、、可扩展的系可扩展的系可扩展的系可扩展的系
统解决方案统解决方案统解决方案统解决方案
•U-Chip可模块化可模块化可模块化可模块化,,,,集成度高集成度高集成度高集成度高,,,,
节约空间节约空间节约空间节约空间,,,,节省成本节省成本节省成本节省成本
•可配置的安全可配置的安全可配置的安全可配置的安全ASSP,,,,用于提用于提用于提用于提
供安全气囊供安全气囊供安全气囊供安全气囊/制动制动制动制动,,,,两个系统间两个系统间两个系统间两个系统间
的协同的协同的协同的协同
AIR
BA
G
EC
U
AB
S/E
SP
E
CU
传感器
传感器
传感器
集成的安全集成的安全集成的安全集成的安全
系统系统系统系统
安全气囊安全气囊安全气囊安全气囊
U-Chip
7
车身应用
VNH7017
L9954
L99PM62/PM72
Power Management
System Device
M
M
M
M
M
CAN
LIN
Contact
Monitoring M Power Window
LED
LED
LED
LED
L9953
L9950
Door
Actuator
Driver
M M
M M M
SPC560D
32 Bit
Micro-
controller
SPI
M
M
M
M
M
L99DZ81
L99DZ80
Door
Actuator
Driver
M M
VNH7013
SPC56系列方案系列方案系列方案系列方案::::
Bolero系列系列系列系列SPC560Bxx/Cxx/Dxx
BCM、、、、网关网关网关网关、、、、VCU、、、、门区门区门区门区、、、、HVAC等等等等
8
电池管理系统举例
在用的在用的在用的在用的32位位位位MCU::::Leopard SPC56ELxx, Pictus SPC560PxxAndorra SPC564A80, Bolero SPC56ECxx.
10
Leopard – 1M /2M SPC56EL60 /70
• 高性能高性能高性能高性能e200z4d双核双核双核双核
• 120MHz内核频率• 双发5级流水线内核,VLE,MMU,SPE
• 具有错误检测码的4 KB指令缓存
• 可用存储器可用存储器可用存储器可用存储器
• 具有ECC的2 MB flash存储器
• 具有ECC的192 KB片上SRAM
• 内置的RWW能力,用于EEPROM模拟
• SIL3/ASILD创新的安全理念创新的安全理念创新的安全理念创新的安全理念::::锁步模式和容错保护锁步模式和容错保护锁步模式和容错保护锁步模式和容错保护
• 存储器启动时内置的自测试
• 复制的增强安全的看门狗
• SoR, FCCU, RCCU, NMI, MPU, CMU, PMU, CRC
• 通信接口通信接口通信接口通信接口
• Nexus 3+类接口
• 中断:复制的16优先级控制器
• 3个6通道通用eTimer单元
• 2个FlexPWM单元:每模块4个16位通道
• 2个LINFlexD,3个DSPI,3个FlexCAN,1个FlexRay
• 2x 12位ADC,CTU,
• • 单个单个单个单个3.0 V至至至至3.6 V电源电源电源电源
I/O桥
Power™e200z-核心核心核心核心
eDMA
冗余校验
(1oo2, 2oo3,..)
FLASH SRAM
外设
Power™e200z-核心核心核心核心
eDMA
冗余校验
(1oo2, 2oo3,..)I/O桥
I/O桥
冗余校验
(1oo2, 2oo3,..)
外设 外设
容错(Leopard)可扩展的安全架构可扩展的安全架构可扩展的安全架构可扩展的安全架构
失败工作
纵横开关纵横开关纵横开关纵横开关
ISO 26262 - ASILx
14
48VoltNet电气牵引逆变器
48VNET
>100A
48VNET门门门门驱动器驱动器驱动器驱动器
L9907
Mosfet
STripFET™F7系列
处理处理处理处理
SPC56 L系列SPC57/58 S线
ASILD
16
SPC56EL60xx (ASIL-D)
纵横开关纵横开关纵横开关纵横开关
CACHE
AIPS桥桥桥桥
BA
M
JTAGNexus3+
电源电源电源电源
Architecture™e200z4
MMUVLE
CACHECACHE
电源电源电源电源
Architecture™e200z4
MMUVLE
CACHE
SWT
STM
INTC
eDMA
SWT
STM
INTC
eDMA
FlexRay
RC
存储器保护单元存储器保护单元存储器保护单元存储器保护单元
纵横开关纵横开关纵横开关纵横开关
存储器保护单元存储器保护单元存储器保护单元存储器保护单元
RC RC
FLASH SRAM
RC
AIPS桥桥桥桥
IRC
OS
C
CM
U
CM
U
CR
C
PIT
XO
SC
SIU
WA
KE
TS
EN
S
TS
EN
S
CT
U
PW
M
eTIM
ER
eTIM
ER
eTIM
ER
Fle
xCA
N
Fle
xCA
N
LIN
FLE
X
LIN
FLE
X
DS
PI
DS
PI
DS
PI
FC
CU
核心
• 120MHz Power Architecture™ ISA双e200 zen4内核• 4K I缓存• 安全增强的内核 + FPU + VLE + MMU• 锁步配置或并联模式
存储器
• 带有ECC的1 M字节RWW Flash• 带有ECC的128 K字节SRAM• EE仿真• 带有MPU的双纵横
I/O• 2个FlexCAN(每个有32个消息缓冲)• 1个FlexRay(64消息缓冲,缓冲载荷高达254字节)• 2 x LINFlex• 3 x DSPI • 2个FlexPWM(4x2通道,每个具有4个故障输入)• 3个eTimer模块(每个有6通道)• 2个ADC(22通道,每个13通道-4通道共用,12位),每ADC 1个S/H
• 1个交叉触发单元,用于电机控制
系统
• 2x16通道eDMA• 启动时间逻辑 & 存储器内置自检测• 自主式故障收集和控制单元• CRC计算单元• 软件看门狗定时器(包括窗口模式,流监控)• 2个结温度传感器• Nexus调试接口(N3+)• FM-PLL + FlexRay PLL • 具有外部和内部镇流器晶体管的3.3 V单供电• 3.3 V I/O(ADC 5 V能力)• 100 LQFP / 144 LQFP / KGD• 仅存在于模拟封装:LFBGA257• Tj = 150°C
FPU FPU
PW
M
安全理念和开发组织安全理念和开发组织安全理念和开发组织安全理念和开发组织
SIL3批准批准批准批准
12位位位位
S&H S&HMux
12位位位位
Mux
ADC I/F 2电机控制
PMU PMU
产品产品产品产品/应用相关应用相关应用相关应用相关 存储器存储器存储器存储器 接口接口接口接口系统系统系统系统/平台平台平台平台
FM
PLL
FLP
LL
snooper
17
12V EV – VCU解决方案
变速齿轮
车辆速度
碰撞检测
门/座椅ECO模式开关
加速器-踏板旅行制动-踏板旅行电池电压
充电信号
SPC560Bxx系列系列系列系列
可选项
SPC564BxxSPC56ECxxSPC564AxxSPC563MxxSPC56ELxx
Main Reg
2x跟踪调压器
K-LINE
CAN
VB
测试机
CAN 网络
踏板位置
传感器
复位
电源锁
点火钥匙
SPI
带有唤醒的CAN
A/C开关外部充电器
2nd CAN校准工具
继电器通道
继电器通道
继电器通道
继电器通道
继电器通道
多通道多通道多通道多通道LSD
继电器通道
灯
指示
VIPOWER驱动器高压EV继电器
高压EV继电器
VIPOWER驱动器
VIPOWER驱动器
VIPOWER驱动器
高压EV继电器
高压EV继电器
高压EV继电器
高压EV继电器
高压EV继电器
高压EV继电器
L9741 L9826/L9825
模拟模拟模拟模拟/数字输入数字输入数字输入数字输入
负载电流<1A
• 燃油泵继电器
• 低速风扇继电器
• 高速风扇继电器
• 充电指示
• 灯
等等
LS驱动器主继电器
负载电流<5A
接触继电器(*1)用于• 空气压缩
• AC电机• 车辆充电
• 预充电电路
• 等等
车辆控制单元
注(1*):对于高压EV继电器/高压接触器,通常浪涌电流(峰值):<5A,保持电流<1A;具体电流需求取决于EV接触继电器(接触器)的型号/规格
18
SPC560B50x / SPC560C50x核心核心核心核心
e200z0h内核内核内核内核 单发Power Architecture™ VLE指令集 64MHz存储器存储器存储器存储器
512k字节代码Flash 4个16k字节数据Flash(RWW) 48kRAM 所有存储器都具有ECC MPU
外设外设外设外设
2x eMIOS 28通道 1 x ADC 10位(36内部/32外部) CTU 54事件 3 x DSPI 6 x FlexCAN 4 x LINFlex 1 x I2C 6 x PIT
时钟时钟时钟时钟
• FIRC (16Mhz)• FXOSC (4-16MHz)• FMPLL• SIRC (128kHz)• SXOSC (32kHz)系统系统系统系统
• SWT• STM 4通道• JTAG / Nexus 2+低功耗低功耗低功耗低功耗
• RTC/API• 待机模式• CAN采样器封装封装封装封装
• LQFP100, LQFP144 BGA208(仅用于开发目的) 123 GPIO电压电压电压电压
5V或3.3V(起动下降至起动下降至起动下降至起动下降至3V) 外设桥外设桥外设桥外设桥
48K SRAM
64K数据数据数据数据
Flash
512k 代码代码代码代码
Flash
6x PIT
纵横开关纵横开关纵横开关纵横开关
存储器保护单元存储器保护单元存储器保护单元存储器保护单元
e200z0h电源
架构™
VLE
GP Reg 32x32-bit
调试调试调试调试
JTAG
Nexus 2+
系统平台系统平台系统平台系统平台 时钟时钟时钟时钟 存储器存储器存储器存储器 外设外设外设外设
INTC
STM 4x ch
SWTIRC16MHz
OSC4-16MHz
PLL
IRC128kHz
OSC32kHz
Mul.单位单位单位单位
AP
I/RT
C
6x FlexC
AN
4x LINF
lex
3x DS
PI
1x 2CI
eMIO
S 28ch
eMIO
S 28ch
AD
C 10位位 位位
CT
U
存储器尺寸
存储器尺寸
存储器尺寸
存储器尺寸
256k
512K
SPC560B50L532KRAM
SPC560B50L332KRAM
SPC560B40L324KRAM
SPC560B40L124KRAM
封装封装封装封装
256k
512K
LQFP64 LQFP100
SPC560C50L348RAM
SPC560C40L332KRAM
SPC560C40L132KRAM
B-线(车身)
C-线(网关)
SPC560B40L524KRAM
LQFP144
19
K2 – 2.5M SPC574K72框图
存储器存储器存储器存储器
• 具有具有具有具有ECC的的的的2.5M字节字节字节字节RWW Flash • +4x具有ECC的16k数据Flash
• 176k RAM (64k SRAM,112k本地d-RAM),,,,具有具有具有具有ECC• +26k SRAM,位于定时器模块上• +16k覆盖RAM
I/O• 通用定时器模块通用定时器模块通用定时器模块通用定时器模块((((中端版本中端版本中端版本中端版本))))
• 24输入输入输入输入,,,,64输出输出输出输出• 双通道FlexRay(10MB/s),128缓冲• 3 x M-CAN,1 x TT-CAN• 4 x LINFlex, 5 x DSPI包括2 x µSB• 1 x 以太网,1 x I2C • 6 x SENT, 2 x PSI5• 48通道通道通道通道ADC
• 5 SAR ADC,12位,TUE ±4LSB• 3 Σ-∆ ADC,OSR x32-64
系统系统系统系统
• FM-PLL• MPU• 32通道eDMA控制器• 2 x CRC单元• 故障收集和控制单元(包括错误引脚)• 6 x PIT• 1x LFAST(处理器间总线)• Nexus3+类• EBI仅用于校准(高速调试接口)• 为为为为eTQFP144、、、、eLQFP176设计设计设计设计
SPC57 PWT MCU
核心核心核心核心
• 160 MHz Power Architecture™ ISA e200z4 内核内核内核内核((((VLE))))• 浮点单元• 4k指令缓存,2k数据缓存• 16k本地i-RAM,64k本地d-RAM • 1x 锁步配置
• 80 MHz Power Architecture™ ISA e200z2 内核内核内核内核((((VLE))))• 浮点单元和LSP(DSP)• 16k本地i-RAM,64k本地d-RAM 电源电源电源电源
Architecture™
e200z4
INTCINTC
存储器存储器存储器存储器 定时器定时器定时器定时器 外设外设外设外设系统平台系统平台系统平台系统平台
Cal总线总线
总线
总线
FlexR
ay
LFA
ST
32eD
MA
电源电源电源电源
Architecture™
e200z2
VLEFPU
调试调试调试调试
JTAGNexus
IEEE-ISTO 5001-2010
SWTSTMINTC
I-RAM
D-RAM
1x I2C
26k SR
AM
2xM
-CA
N
1xM-T
TC
AN
2x PS
I5
6x SE
NT
4x LINF
lex
5x DS
PI
存储器保护单元存储器保护单元存储器保护单元存储器保护单元
纵横开关纵横开关纵横开关纵横开关纵横开关纵横开关纵横开关纵横开关
存储器保护单元存储器保护单元存储器保护单元存储器保护单元
电源电源电源电源
Architecture™
e200z44k-I/2k-D缓存缓存缓存缓存
VLEFPU
SWTSTMINTC
I-RAM
D-RAM
GTM((((中端版本中端版本中端版本中端版本))))
5x 12b AD
C
3x Σ-∆
AD
C
2x µSB
2xT
sens
2x CR
C
2.5M FLASH64k数据数据数据数据FLASH
I/O桥桥桥桥
FC
CU
ME
MU
FLASH数数数数
以太网
以太网
以太网
以太网
I/O桥桥桥桥
FM
PLL
DSP
16k 覆盖覆盖覆盖覆盖
RAM
64k S-RAM
RAM数数数数
可提供
23
SPC5电机控制套件长期计划
• 电机控制套件关键组成电机控制套件关键组成电机控制套件关键组成电机控制套件关键组成
• 嵌入式软件SDK
• SPC5 FOC库配置(SPC5Studio插件)
• 电机控制工作台
• SPC5Studio(IDE和代码生成)
• 电机控制控制板
• 电机控制电源板
应用层
电机控制驱动库
电机控制中间件
电机控制服务
程序
操作系统
(O
pT.)
L9907
600v 电源模块
嵌入式软件
PC IDE
SPC5-StudioFOC配置
插件
48v -20AMPER
48v -120AMPER
电机控制
工作台
适配器
提供电机控制软件开发套件,用于3相永久磁同步电机(PMSM、SM-PMSM、I-PMSM),基于磁场定向控制(FOC),支持SPC56 MCU。
24
ST导致或将导致
高功率 SiP半、全桥
电流隔离,1500V驱动器
单/双高、低电压驱动器
STDRIVEsmart
STDRIVEpower
STDRIVEgap
多元化的目标领域
产品概要
STDRIVETM全系列产品 27
L638xE系列系列系列系列用于用于用于用于IGBT/MOS的的的的600V HB驱动器驱动器驱动器驱动器
• L6384E
• L6385E
• L6386E
• L6386AD
• L6387E
• L6388E
• A6387*
• TD350
• TD351
• TD352
• TD310
L6229
• L6390
• L6391
• L6392
• L6393
• L6395
• L6398
稳健性稳健性稳健性稳健性
• 集成式自举二极管
• VCC & Vboot上的UVLO
• 互锁 & 死区时间
• 漏极开路诊断
稳健性稳健性稳健性稳健性
• 集成式自举二极管
• VCC & Vboot上的UVLO
• 互锁 & 死区时间
• 漏极开路诊断
系统集成性系统集成性系统集成性系统集成性
• 用于电流感应的运算放大器
• 嵌入式比较器,配智能关闭保护
系统集成性系统集成性系统集成性系统集成性
• 用于电流感应的运算放大器
• 嵌入式比较器,配智能关闭保护
可持续性技术可持续性技术可持续性技术可持续性技术
• 物料减少单
• EMI改进
可持续性技术可持续性技术可持续性技术可持续性技术
• 物料减少单
• EMI改进
STDRIVEsmart栅极驱动器系列
概览
L639x系列系列系列系列用于用于用于用于IGBT / MOS的的的的600V HB驱动器驱动器驱动器驱动器,,,,针对针对针对针对FOC控制技术控制技术控制技术控制技术
进行优化进行优化进行优化进行优化
TD3XX系列系列系列系列
单通道驱动器单通道驱动器单通道驱动器单通道驱动器,,,,配功能绝配功能绝配功能绝配功能绝
缘和缘和缘和缘和2级关断级关断级关断级关断
*汽车
L649x系列系列系列系列
600V HB 高电流驱动器高电流驱动器高电流驱动器高电流驱动器,,,,配配配配
IGBT/MOS OCP保护保护保护保护
• A6491
• ……
优点优点优点优点
29
适用于适用于适用于适用于::::
汽车HID
HEV/EV逆变器
无线充电器
用于工厂自动化的电机驱动器
STDRIVEsmart ——紧凑型半桥驱动器A6387 产品详情
主要特性主要特性主要特性主要特性
• 600V 高、低侧驱动器
• 符合符合符合符合AEC-Q100 一级一级一级一级
• 100%生产测试生产测试生产测试生产测试
• 6-18V 电源电压范围电源电压范围电源电压范围电源电压范围
• -40°°°°C – 125°°°°C 温度范围温度范围温度范围温度范围
• 集成式自举二极管集成式自举二极管集成式自举二极管集成式自举二极管
• dV/dt抗扰性抗扰性抗扰性抗扰性> ±±±±50 V/ns,,,,整个温度范围整个温度范围整个温度范围整个温度范围
• Vcc电源上的电源上的电源上的电源上的UVLO
• 输出与输入同相位输出与输入同相位输出与输入同相位输出与输入同相位
• 3.3 V, 5 V TTL/CMOS输入输入输入输入
• 互锁功能互锁功能互锁功能互锁功能
30
主要特性主要特性主要特性主要特性
• 4A 灌灌灌灌/拉拉拉拉, 600V 半桥驱动器半桥驱动器半桥驱动器半桥驱动器
• 20V 工作电源工作电源工作电源工作电源
• dV/dt抗扰性抗扰性抗扰性抗扰性> ±±±±50 V/ns,,,,整个温度范围整个温度范围整个温度范围整个温度范围
• 集成式自举二极管集成式自举二极管集成式自举二极管集成式自举二极管
• 用于故障保护的比较器用于故障保护的比较器用于故障保护的比较器用于故障保护的比较器
• 智能关断功能智能关断功能智能关断功能智能关断功能
• 3.3 V, 5 V TTL/CMOS 输入输入输入输入
• Vcc & Vboot 上的上的上的上的UVLO
• 死区时间可调死区时间可调死区时间可调死区时间可调
• 互锁功能互锁功能互锁功能互锁功能
• 有效故障保护有效故障保护有效故障保护有效故障保护
• 减减减减少物少物少物少物料料料料
适用于适用于适用于适用于::::
用于家电的电机驱动器
电磁炉
电动自行车
工业逆变器及驱动器
电源
STDRIVEsmart ——高电流半桥驱动器A6491 产品细节
31
系统灵活性
适用范围广,从工业用驱动器到汽车HEV/EV,
缘于前所未有的SPI编程能力
系统安全性
丰富的保护套装及卓越的电磁抗扰性
高度可靠的Rx–Tx焊盘内通信
系统集成性
缘于SPI的高度可配置性
通过综合诊断实现全状态控制
1500V电流隔离单级和双级驱动器gapDRIVETM (STGAP1S):即将到来的产品系列中的第一款高端产品
STDRIVEgap隔离驱动器 32
• 电感耦合解决方案允许通过确保超过4000V的电流隔离传输逻辑信号。
• 具有厚氧化物隔离层的变压器已集成到BCD6s技术平台中。
• 利用BCD(双极,CMOS, DMOS)技术实现集成电源、先进的模拟和逻辑,以提高驾驶性能、保护和可配置性。
发射器发射器发射器发射器 U-变压器变压器变压器变压器 接收器接收器接收器接收器
绝缘绝缘绝缘绝缘
集成磁耦合 33
AEC-Q100 资格审批资格审批资格审批资格审批
宽工作范围 (-40°C -125°C)
SPI接口参数编程及诊断菊花链的可能性
+
+
+
+
传播延迟极短传播延迟极短传播延迟极短传播延迟极短
入至出 < 150ns (全温度范围)
全面保护全面保护全面保护全面保护——系统安全系统安全系统安全系统安全
UVLO, OVLO, 过电流,热警告及关闭
高压导轨达高压导轨达高压导轨达高压导轨达1.5KV正驱动电压高达36V负栅极驱动能力 (-10V)
+
高级特性高级特性高级特性高级特性
有源Miller箝位及饱和输出2级关断+
• 评估工具可根据需求提供
STEVAL-PCC009V2
EVALSTGAP1S
STGAP1AS——总结 34
• 高电流能力5A用于大栅极驱动• 支持负电源电压
• 传播延迟极短,不到150ns• 快速开关 Ton/Toff ~ 25ns
• 退饱和保护• 2级关断(限制过压峰值)
• 高抗噪 >50V/ns• 嵌入式Miller箝位,实现最佳性能
高功率
抗扰性
高速
灵活性 & 诊断
保护
• 参数和配置SPI接口• 扩展诊断+可配置报警
STGAP1AS——关键特性和优势 35
-配置(参数)-扩展诊断
一般
故障指示
单/双输入
允许负压
专用引脚
Miller箝位
独立
拉/灌引脚
退饱和保护
可编程2级关断
过流保护检测
SO24W 封装
STGAP1AS——框图 36
嵌入式特性节省外部组件嵌入式特性节省外部组件嵌入式特性节省外部组件嵌入式特性节省外部组件,,,,提高可靠性提高可靠性提高可靠性提高可靠性,,,,确保更好的性能确保更好的性能确保更好的性能确保更好的性能
• VCE 有源箝位有源箝位有源箝位有源箝位保护
• 防止晶体管故障
• 可编程退饱和检测退饱和检测退饱和检测退饱和检测
• 识别短路
• 有源有源有源有源Miller箝位箝位箝位箝位功能• 避免引入开启现象
• 可配置2级关断级关断级关断级关断
• 高电流关断时限制过电压峰值
• 比较器比较器比较器比较器配可编程参考值
• 过电流保护检测
STGAP1AS——先进特性 37
• 有源Miller箝位
• 退饱和检测
• 过电流保护
• 输出2级关断
• 故障状态输出
• 可编程UVLO & OVLO功能
• 可编程输入去干扰滤波器
• 超温保护及警告
保护极端系统安全保护极端系统安全保护极端系统安全保护极端系统安全
STGAP1AS——保护特性 38
• 真实环境下GapDrive测试:• 测量驱动能力性能
• 测试设置、关键特性(5 kHz开关频率):
• 1200V, 150 A IGBT 功率模块(Fujitsu 2MBI150U4A-120)
• 高C电容 (2200 µF, 450 VDC, 14cm高), 用于DC-BUS线
• HV电源 720 VDC, 80 A, ~60kW 总功率总功率总功率总功率(CVUT提供)
• LV 隔离电源 5 VDC 及 15 VDC
• 约60 kW 感性负载用于电机模拟(CVUT提供)
• 与CVUT(Czech科技大学)合作:
• 实验室和大功率设备的租赁(~1k 欧元投资)
GapDrive 推荐用于电机驱动应用推荐用于电机驱动应用推荐用于电机驱动应用推荐用于电机驱动应用:
• 高达高达高达高达1200 V, 150 A 无外部组件无外部组件无外部组件无外部组件
• 超过150 A,配外部晶体管和/或VL引脚上的负电源
STGAP1S——150A条件下工作台测试GapDrive 驱动能力驱动能力驱动能力驱动能力
测试设置,电机驱动实验室,Czech大学
全功率波型, 720 VDC, 80 A RMS
39
STGAP1AS——默认配置中的操作
Miller箝位
DESATVDESATth = 7 V, IDESAT = 250 µA
VDD UVLO/OVLO
热关断
• DIAG1引脚提供以下信息:• DESAT事件
• VDD电源故障
• 失效VH
• 热关断
• SPI或寄存器错误(如使用SPI)
• IN-/DIAG2配置为输入• 针对10 µs清除误差设置SD为低电平• 所有其它功能被禁用
40
VIPerA16HD:汽车级1
• AEC-Q100认证
• PPAP支持
• 800V耐雪崩电源 MOSFET
• 电流模式PWM控制器,带可调电流限值,IDlim
• 频率抖动功能
• 保护:OTP, OLP, 开路, 短路保护
• 故障后自动重启
• 30mW待机功耗
主要特性主要特性主要特性主要特性
主参数
功率功率功率功率MOSFET耐雪崩耐雪崩耐雪崩耐雪崩
控制器控制器控制器控制器
(PWM)
击穿电压 [V] 800
Max RDSon [Ohm] @25C 24
VDD [V] 11.5 ÷ 23.5
FOSC [KHz] 115±8
IDlim [mA] 400
RTHJ-A [°C/W] (1) 80
POUT [W] @ 85-265 VAC 6
GND控制器接地/功率MOSFET源
VDD控制器电源电压 / ICHARGE输出电不充
LIM电流限值设置, IDlim
FB直接电压E/A输入(无隔离SMPS情况下)
COMP补偿网络
电流环路反馈,隔离SMPS情况下 N.A.
用户不可用。(建议连接至GND) N.C.
未连接
引脚说明引脚说明引脚说明引脚说明
42
VIPerA16 用于汽车
符合AEQ100 工作温度:-40°C 至 +125°C 800V 击穿电压运算放大器可用于直接反馈
DC-DC转换 热稳定性高 可靠性
Li-Ion 电池电池电池电池
pack
14V-15V
VIPerA16 主要优势
&拓扑支持
Aux SMPS
市场需求
VIPerA16在汽车中
hybrid / EV控制
VIPerA16——汽车汽车汽车汽车1级级级级,,,,关键应用优势关键应用优势关键应用优势关键应用优势
HV DC/DC aux SMPS 依据依据依据依据VIPerA16——锂离子电池监测和电池平衡系统——DC-DC转换产生12V / 24V子系统需求
隔离
初级调节
二次侧调节
未隔离
直接反馈
智能反激拓扑智能反激拓扑智能反激拓扑智能反激拓扑
200V-400V
12V -15V
43
STGAP1AS 在BLDC电机3相逆变器中
• 共6个 STGAP1S
• 3相逆变器,配功率模块或分立IGBT(沟槽场截止技术):
• 600 V IGBT,配电压总线,约300-350 VDC
• 1200 V IGBT,配电压总线,约720-800 VDC
• 隔离电源配多重输出:
• 通常为4输出反激式:1通用于低侧驱动器 + 1 用于每个高侧驱动器
PFC((((可选可选可选可选))))
桥式桥式桥式桥式
整流器整流器整流器整流器
倒相级倒相级倒相级倒相级
控制单元
多重输出辅助
电源(隔离)
AC输入
无刷电机
M
传感器和信号调节
间隙
驱动
电流感应
间隙
驱动
间隙
驱动
间隙
驱动
间隙
驱动
间隙
驱动
45
M
电源管理 最大8位 隔离的高压
母线
光电耦
合器
M
电源管理
+ LIN 接口
最大8位
BLDC或异步电机
BLDC电机
12V
LIN总线
12V母线供电
PWM
HV母线供电
A63
87A
6387
A6387 在800W发动机冷却中 48
电动汽车框图
HEV/EV
M空调逆变器空调逆变器空调逆变器空调逆变器
MICE冷却冷却冷却冷却逆变器逆变器逆变器逆变器
助力转向助力转向助力转向助力转向
逆变器逆变器逆变器逆变器
M
板上充电器板上充电器板上充电器板上充电器
快速充电快速充电快速充电快速充电
((((DC))))((((交流输入交流输入交流输入交流输入))))
HV电池组电池组电池组电池组
((((200V至至至至450V))))
电池平衡电池平衡电池平衡电池平衡
牵引牵引牵引牵引
逆变器逆变器逆变器逆变器
El 电机电机电机电机/
发生器发生器发生器发生器
ICE ((((非非非非EV))))
DC/DC转换器转换器转换器转换器
VCU
混合驱动混合驱动混合驱动混合驱动
单元单元单元单元((((HDU))))
HV总线总线总线总线
DC/DC转换器转换器转换器转换器
辅助辅助辅助辅助LV电池电池电池电池((((12V或或或或24V))))
电池模块电池模块电池模块电池模块
DC/DC转换器转换器转换器转换器
((((可选项可选项可选项可选项))))
51
12V EV – VCU Solution
Transmission gearVehicle speedCollision detectionDoor/seatECO mode switch
Accelerator-pedal travelBrake-pedal travelBattery voltageCharger signal
PowerPC
Main Reg
2xTracking Regulator
K-LINE
CAN
VB
Test Machine
CAN Network
Pedal PositionSensor
Reset
Power LatchIgn Key
SPI
CAN w Wake Up
A/C switchExt. charger
2nd CANCalibration Tool
Relay Channel
Relay Channel
Relay Channel
Relay Channel
Relay Channel
Multi-channel LSD
Relay Channel
Lamps
Indicators
VIPOWER Driver High voltage EV relay
High voltage EV relay
VIPOWER Driver
VIPOWER Driver
VIPOWER Driver
High voltage EV relay
High voltage EV relay
High voltage EV relay
High voltage EV relay
High voltage EV relay
High voltage EV relay
L9741 L9826/L9825
Analog / Digital input
For load current<1A
• Fuel Pump Relay
• Low speed fan Relay
• High speed fan Relay
• Charger indicator
• Lamps
Etc..
LS DriverMain Relay
For load current<5A
Contact relay(*1)for • Air compressor• AC motor• Vehicle charge• Pre-charge circuit• Etc…
Vehicle Control Unit
Note(1*): for high voltage EV relay/高压接触器, normally Inrush current(peak):<5A, hold current<1A; Details current requirement depends on Type/Spec of EV Contact Relay(Contactor)
52
L9741- 12V System-Basis-Chip
PowerSO36
Power stage
Output
Diagnosis&
Protection
Package
• 5V (VDD) regulator ±2% 400mA
• 2ch 5V tracking regulator with VDD 100mA
• 1ch Protected HS output 50mA
• 1ch LS output 0.9A/ clamp 35V
• 1ch CAN transceiver w/o wake up(1MHz)
• 2ch K-line interface
• 1ch Full Differential To Single-Ended Op-Ampwith 4 programmable Gains
Communication
&Interface • 1ch VRS interface
• Power SO36
• OC, OV, OT• Dual Multifunction Rest
53
L9826/L9825 – 12V Multi-low Side Driver
Highly Flexible
L9826 SO20 L9825 PowerSO20
L9826/L9825
Power stage
Load current
Per channel
Clamping
Diagnosis&
Protection
Package
Additional
Features
Power Control
• 8 low side
• L9826-1.5Ω@25°c, 3ΩMax
• L9825-0.75 Ω@25°c, 1.5 ΩMax
• L9826 <0.5A
• L9825 < 1A
• 50V clamping
• ON - SCB
• OFF - SCG / OL
• L9826-SO20
• L9825-PowerSO20
• OUT1&2 for inrush current
• 8-bit SPI
• 2 pin for OUT1&2
54
12V Multi-HS/LS Driver
• 8 low side
• L9826-
1.5Ω@25°c,
3ΩMax
• L9825-0.75
Ω@25°c, 1.5
ΩMax
Power stage
• L9826 <0.5A
• L9825 < 1A
Load current
Per channel
• 50V clampingClamping
• ON - SCB
• OFF - SCG / OL
Diagnosis&
Protection
• L9826-SO20
• L9825-
PowerSO20
Package
• OUT1&2 for
inrush current
Additional
Features
L9826/5 L9733
Highly Flexible
L9753L9651 L9301L9848
• 8-bit SPI
• 2 pin for
OUT1&2
Power
Control
• 2 Low side + 6
configurable
high / low side
• 1Ω@25°c,
2ΩMax
• <0.8A
• 35V for low
side, -30V for
high side
• 1 fault bit for
open, short &
thermal down
• SO28
• Reverse
battery
protection
• 8-bit SPI
• 2 pin for
OUT5&6
• 8 configurable
high / low side
• L9733-
0.7Ω@25°c,
1.2ΩMax
• < 1A
• 40V for low
side, -14V for
high side• Open load
• SCB high side
• SCG low side
• Over current
• PowerSSO28
• Latch / no
latch mode
• Additional
VDDIO supply
• 16-bit SPI
• 3 pin for
OUT6,7&8
• < 0.8A / 0.4A
selectable
• 55V for low
side, -32V for
high side• Open load
• SCB high side
• SCG low side
• Over current
• PowerSSO28
• VDDIO supply
• LED mode
• Reverse
battery
• 16-bit SPI
• 4 pin for
OUT3,4,5&6
• 2 Low side + 6
configurable
high / low side
• 0.9Ω@25°c,
1.4ΩMax
• 4 low side
• L9651-
0.5Ω@25°c,
0.85ΩMax
• <2.2A
• 70V
clamping
• ON–SCB,OT
• OFF-SCG,OL
• PowerSO20
• Fast inductive
load switch off
High Performance
• 4 pin for
OUT1,2,3&
4
Highly Flexible &
Performance
• <1/3A-0.6Ω ch
• <2/6A-0.3Ω ch
• 37V for low
side
• Open load
• SCB high side
• SCG low side
• Over current
• Thermal protection
• PowerSSO36
• Several
configuration for
high/low side
• High Tj & Tsd
• 8 IN pin for
output 1~8 &
DRN/SRC 1~4
• 8 Low side + 4
configurable
high / low side
• 4 H/L-
0.6ΩMax
• 4 L-0.6 Ωmax
• 4 L-0.3Ωmax
Highly Flexible Highly Flexible Highly Flexible
• 8 low side
• L9826-
1.5Ω@25°c,
3ΩMax
• L9825-0.75
Ω@25°c, 1.5
ΩMax
• L9826 <0.5A
• L9825 < 1A
• 50V clamping
• ON - SCB
• OFF - SCG / OL
• L9826-SO20
• L9825-
PowerSO20
• OUT1&2 for
inrush current
• 8-bit SPI
• 2 pin for
OUT1&2
• 2 Low side + 6
configurable
high / low side
• 1Ω@25°c,
2ΩMax
• <0.8A
• 35V for low
side, -30V for
high side
• 1 fault bit for
open, short &
thermal down
• SO28
• Reverse
battery
protection
• 8-bit SPI
• 2 pin for
OUT5&6
• 8 configurable
high / low side
• L9733-
0.7Ω@25°c,
1.2ΩMax
• < 1A
• 40V for low
side, -14V for
high side• Open load
• SCB high side
• SCG low side
• Over current
• PowerSSO28
• Latch / no
latch mode
• Additional
VDDIO supply
• 16-bit SPI
• 3 pin for
OUT6,7&8
• < 0.8A / 0.4A
selectable
• 55V for low
side, -32V for
high side• Open load
• SCB high side
• SCG low side
• Over current
• PowerSSO28
• VDDIO supply
• LED mode
• Reverse
battery
• 16-bit SPI
• 4 pin for
OUT3,4,5&6
• 2 Low side + 6
configurable
high / low side
• 0.9Ω@25°c,
1.4ΩMax
• 4 low side
• L9651-
0.5Ω@25°c,
0.85ΩMax
• <2.2A
• 70V
clamping
• ON–SCB,OT
• OFF-SCG,OL
• PowerSO20
• 4 pin for
OUT1,2,3&
4
• <1/3A-0.6Ω ch
• <2/6A-0.3Ω ch
• 37V for low
side
• Open load
• SCB high side
• SCG low side
• Over current
• Thermal protection
• PowerSSO36
• Several
configuration for
high/low side
• High Tj & Tsd
• 8 IN pin for
output 1~8 &
DRN/SRC 1~4
• 8 Low side + 4
configurable
high / low side
• 4 H/L-
0.6ΩMax
• 4 L-0.6 Ωmax
• 4 L-0.3Ωmax
55
• Final available• PPAP Done
Technical information
Timing
TQFP64 body: 10x10x1mm
Ga
te D
rive
Dia
gno
stic
Inp
ut C
ontr
ol
Configu
ration a
nd C
ontr
ol Logic
• 8 channels pre-driver able to drive:• High side (N and P ch. MOS)• Low side (N ch. MOS)• H-bridge (up to 2 H-bridge)• Peak & Hold (2 loads, current control to be managed by uC)
• Operating battery supply voltage 3.8V to 36V• Operating VDD supply voltage 4.5V to 5.5V• All device pins, except the ground pin, withstand at least 40V (60V on pins
connected to battery)• Programmable gate charge/discharge currents• Individual diagnosis for:
• Short circuit to battery• Open load • Short circuit to battery
• Overcurrent realized monitoring the ext. MOS drain to source voltage or using an external sense resistor.
• Overcurrent value selectable for each output among 64 values• Current limitation for H-bridge configuration• 16 bit SPI interface for configuration, and diagnostics with daisy chain
operation available • 10 bit battery and die temperature measurements available through SPI• VDD monitoring for over/under voltage• VB monitoring for under voltage• Thermal shutdown• Peak & Hold driving mode capability on 2 loads
L9945 – 8 Channels Pre-driver HS/LS 12V/24V 56
Technical information
Timing information
•4 Voltage Regulators :•1 Linear regulator with Ext. N-Mos 5V 500mA. Supply to uC/external loads
•1 Internal Linear 3.3V 100mA. Supply to uC/external loads
•2 Tracking regulator 5V, 100mA. Supply to external sensors
•7 High current Low side drivers•10 Low side relay drivers and 4 High side drivers• 4 IGN pre-driver and 2 Ext. N-Mos predriver•Overtemp. and Overcurr diagnosis on regulators and power output
•SPI or MSC version available•Complete diagnosis on power output•Q&A Watchdog •CAN, K-Line and VRS interfaces
•In production
HiQuad 64
• Hi-integration• Increased safety • Hi-flexibility : SPI vs MSC, Stepper Motor vs 8 indipendent HS/LS drivers, 5V vs 3.3V IO
• Micro Second Channel allow saving in µC output required to drive power stages
• Hi-power management
Key Values
L9779WD – Uchip
CAN
MSC
Q&A Watchdog
Injection 1Injection 2Injection 3Injection 4
4 x 2.2A LSD2 x 0.6A LSD
L9779WD
4 x Ignition pre-Driver
MSC
CANHCANL
SPI
WDA
RESET
CAN_TX
IGN1-4
CAN_RX
SPC563M64Monaco
ETC Motor
VIPOWER
Driver
VIPOWER
Driver
VIPOWER
Driver
VIPOWER
Driver
57
12V Standard HSDVIPower M0-7 Family• Family Approach for 20+ Partnumbers
with same feature set concept
o Different Rono Single, Dual, Quad channelo Pin to pin approach (compatibility for single, dual
channel with Ron from 8 to 140mohm)• Protection Feature
o Different Current Limitationo Self limiting of fast thermal transiento Thermal shutdown (auto-restart / latch off)o Over voltage clampo Under-voltage shutdowno Reverse battery protection (Hybrid device)o Loss of ground and loss of Vcc protectiono Electrostatic discharge protection
• Diagnostic
o Proportional load current sense o Multisense pin to provide chip slug temperature & Vbato Current sense disableo Thermal shutdown indication
• Small foot print (20mm 2 for most of devices)
• Ultra Low Quiescent Current (0.5mA max/chip)
12V Supply
Ground
58
12V Standard HSDVIPower M0-7 Family Portfolio
RDS(ON)1 OUTPUT CHANNEL
2 OUTPUT CHANNELS
4 OUTPUT CHANNELS
5 OUTPUT CHANNELS
7 mΩ VN7007A(L)H
Parallelinterface
STANDARD
8.5 mΩ VN7008AJ
10 mΩ VN7010AJ
12 mΩ VND7012AY
16 mΩ VN7016AJ
20 mΩ VN7020AJ VND7020AJ
30 mΩ VND7030AJ
40 mΩ VN7040AJ/AS VND7040AJ VNQ7040AY
50 mΩ VN7050AJ/AS VND7050AJ VNQ7050AJ
140 mΩ VN7140AJ/AS VND7140AJ VNQ7140AJ
LEGEND: Part Numbering: VNx7yyyAzx: None, D, Q or P according to # of ch.yyy : Rds(ON) in mΩ Ω Ω Ω at 25°C (No asym.)z: according to package as below
H: OCTAPAKS: SO-8J: PowerSSO-16 Y: PowerSSO-36
59
12V Standard LSD—OmnifetIII Family
• Family Approach for 10+ Partnumbers with same feature set concepto Different Rono Single, Dual channelo SOT223 and SO-8 as main package
• Protection Featureo Different Current Limitationo Self limiting of fast thermal transiento Thermal shutdown (auto-restart)o Over voltage clampo Electrostatic discharge protection
• Diagnostico Status output (for SO-8 package devices)
Over-voltageclamp
Thermal sensing
Current/ Power limiter
Control logic
Under-voltage Over-voltage
clamp
Thermal sensing
Current/ Power limiter
Control logic
Under-voltage
SOT223
Over-voltageclamp
Thermal sensing
Current/ Power limiter
Control logic
Under-voltage
SO-8
60
RDS(on) per leg90 160 30050
VNL5160
30
1x chVNL5030 VNL5050 VNL5090 VNL5300
2x chVNLD5090 VNLD5300
PSSO-12 SOT-223 SOT-223 SOT-223SO-8 SO-8 SO-8 SO-8SO-8
SO-8 SO-8
VNLD5160
SO-8
12V Standard LSDOmnifetIII Family Portfolio 61
24V Standard HSDVIPower M0-5T Family
• Fault Reset / Stand-by pin
• Proportional load current sense
• Open load detection (on/off state)
• Overload and short to ground latch off
• Thermal shut-down latch-off
Diagnostic functions
• Self limiting of fast thermal transient
• Thermal shutdown
• Load current limitation
• Programmable output Latch-off• Under-voltage shut-down
• Over-voltage clamp
• Protection against loss of ground and loss of Vcc
• Electrostatic discharge protection
• Reverse battery protection
Protection features
• Supply voltage operating range: 8V – 36V
• Jump start voltage capability: 48V
• Clamping voltage: >58V
• Energy Capability >40µH, 312mΩ @ 32V, ILIMHmax
• Stand By Current 5µA
Key characteristics
Stray inductance is typically higher in 24V systems than in regular
automotive environment. M05T products have been tailored for
matching this special requirements
62
高压功率MOSFET
SuperMESH TM K3
MDmesh TM K5
MDmesh TM M2
平面技术平面技术平面技术平面技术
超结技术超结技术超结技术超结技术
200V 400V 800V 1050V 1500V
PowerMESH “N系列系列系列系列””””SuperMESH “NK 系列系列系列系列””””
电机控制
适配器
电信DC-DC
工业
SMPS
汽车
服务器
UPS
MDmesh
1200V1000V650V 700V500V
MDmesh TM DM2,,,,带快速二极管带快速二极管带快速二极管带快速二极管
MDmesh TM M5
MDmesh TM
M2 EP
MDmesh TM M6
600V
MDmesh TM M6S
68
ST x 88 N 65 y M5
通道通道通道通道
极性极性极性极性
击穿击穿击穿击穿
电压电压电压电压÷÷÷÷ 10((((非10的倍数除外))))
特性特性特性特性
M5 = MDmeshTM M5 系列 > 200V,最高650VM6S= MDmeshTM M6S 系列 > 600VM6= MDmeshTM M6 系列 > 600V,最高700VM2 = MDmeshTM M2 系列> 400V,最高650VM2 EP= MDmeshTM M2 EP 系列,最高600VK3 = SuperMESHTM K3 系列 > 450V,最高680VK5 = MDmeshTM K5 系列 > 800V,最高1500VDM2 = MDmeshM DM2 系列 ≥ 500,最高650VDM6 = MDmeshM DM6 系列 ≥ 600,最高650VM8= MDmeshTM M8 系列 ≥ 300V,最高600V
封装封装封装封装
指示指示指示指示
电流范围电流范围电流范围电流范围
B = D2PAKD = DPAK D8 = DIP-8E = ISOTOP ®
F = TO-220FPFH = TO- 220FP 高沿面FU = TO- 220FP 窄引脚FW = TO-3PF H = H2PAK(2至7个引脚)I = I2PAKIF = I2PAKFPL = PowerFLAT TM
(3.3x3.3 HV; 5x5; 5x6 HV & VHV; 8x8 HV)
N = SOT-223P = TO-220Q = TO-92S = SO-8U = IPAK(-S为为为为短引脚)W = TO-247WA = TO-247 LLW…-4=TO247-4Y = Max247 ®
O =TOLL
T = 温度感应C = 电流感应D = 快速恢复二极管
N = N通道P = P通道N…N = 两个不同的N通道晶片N…P = 互补对DN或或或或DP = 双N通道或双P通道
HV MOSFET:新产品命名
技术技术技术技术
69
超结MDMESHTM M5、M2、M6、DM2/DM6和K5技术
70
• M5::::高端硬开关高端硬开关高端硬开关高端硬开关
领域中的领先技术领域中的领先技术领域中的领先技术领域中的领先技术
主要特性主要特性主要特性主要特性
• 在市场上,
RDS(on)较低
• 高开关速度
• 额定值650V BVdss
优点优点优点优点
• 应用的效率最高
• 最终系统更加紧凑
• 专门针对于高功率
硬开关(PFC、升压、TTF、反激)
M6/ M2 / M2 EP::::最最最最适用于适用于适用于适用于LLC
主要特性主要特性主要特性主要特性
• Qg低30%(等效晶片尺寸)
• 额定值400 – 700V Bvdss
• 受保护的背靠背G-S齐纳管
优点优点优点优点
• 通过优化(Qg),降低了开关损耗
(Ciss,Coss)
• 增强应用抗扰性与
ESD & Vgs峰值• 专门针对于HB
LLC、TTF、反激..)• M2 EP专为超高频
转换器量身定制(f > 150 kHz)
DM2 DM6快速二极快速二极快速二极快速二极
管管管管::::最佳最佳最佳最佳F/B ZVS
主要特性主要特性主要特性主要特性
• 集成快速体二极管
• 更柔和的换向特性
• 受保护的背靠背G-S齐纳管
优点优点优点优点
• 通过优化(Qg),降低了开关损耗
(Ciss,Coss)• 高峰值二极管dV/dt
性能
• 最适用于全桥ZVS
K5::::同类最佳同类最佳同类最佳同类最佳,,,,超高电压超高电压超高电压超高电压
主要特性主要特性主要特性主要特性
• 超高BVDSS下具有极好的RDS(on)
• 高开关速度
• 额定值800 - 1500V BVDSS • 950 V和1050 V集成快速体
二极管
优点优点优点优点
• 设计复杂性降低,效率提高
• 在应用中,专门针对于反激
式LED拓扑和高电压范围
STW55NM60N
STWxxN60DM2
产品和应用产品和应用产品和应用产品和应用
• M6S::::改善中等功改善中等功改善中等功改善中等功
率硬开关性能率硬开关性能率硬开关性能率硬开关性能
主要特性主要特性主要特性主要特性
• 与M2技术相比,最多可降低15% RDS(on)
• 高开关速度
• 额定值600V BVdss
优点优点优点优点
• 中等功率硬开关应
用的效率更高
• 最终系统更加紧凑
• 专门针对于硬开关
(PFC、升压、TTF、反激)
70
工业
LCD –LED TV、PFC、DC/DC(STF、TTF、反激)转换器、用于服务器的SMPS、台式机和TV、适配器、充电器、太阳能逆变器和微型逆变器、
UPS。
SMPS• PFC、服务器• 电信
照明
• HID,• LED驱动器
汽车
• 用于HEV的DC/DC转换器
• EV – HEV充电器
MDMESHTM M5主要应用
200V - 650V MOSFET
72
太阳能逆变器、UPS、HEV、服务器/电信
在工业市场上,RDS(on)较低
额定值550V、650V BVdss
高开关速度
MDmesh™ M5
应用的效率最高
最终系统更加紧凑
针对于硬开关(PFC、升压、TTF、反激)
73
充电器、适配器、银盒、LED照明、服务器、电信、太阳能、UPS、LCD TV
超低Qg
针对灯光负载条
件进行了优化
额定值400V、500V、600V和650V BVdss
MDmesh™ M2
低/中等功率PFC和软开关的导通和开
关损耗低
专门针对于谐振拓扑
(LLC)
驱动方便
75
MDmesh TM M2 凭借创新技术,几何结构和超低电容被认为是LLC的最佳选择–动态损耗方面的优势比静态损耗更重要
Eoff 对比有助于展示上述优势:
STP24N60M2 = 7.91µJ STP20N65M5 = 10.22 µJ
LLC效率效率
重点
在典型LLC拓扑方面比较MDmesh技术:
• MDmeshTM M5 STP20N65M5
• MDmeshTM M2 STP24N60M2
DC/DC转换器转换器转换器转换器
load
次级侧次级侧次级侧次级侧
SR
76
主要特性主要特性主要特性主要特性
• 超低QG
• 针对轻负载条件进行了优化
• 为软开关优化的VTH和RG值
• 体二极管稳定性
主要优势主要优势主要优势主要优势
• 效率提高效率提高效率提高效率提高,尤其是在PFC和谐振拓扑(即LLC)的轻负载条件下
• 对于宽范围的负载和输入电压有更低的开关更低的开关更低的开关更低的开关
损耗损耗损耗损耗
• 适用于硬和软硬和软硬和软硬和软开关拓扑
高性能高性能高性能高性能600V设备设备设备设备,,,,提高硬软开关拓扑效率提高硬软开关拓扑效率提高硬软开关拓扑效率提高硬软开关拓扑效率
主要特性 78
充电器、适配器、银盒、LED照明、服务器、电信、太阳能、UPS、LCD TV
超低Qg
针对轻负载条件
进行了优化
额定值600V BVdss
MDmesh™ M2 EP
低/中等功率PFC和软开关的导通和开
关损耗低
专门针对于谐振拓扑
(LLC)
驱动方便
79
一般描述 - Eoff测试台分析
主要特性主要特性主要特性主要特性
• 最多可减少最多可减少最多可减少最多可减少20% Eoff - 减少减少减少减少20%的硬开关转换器关闭损耗的硬开关转换器关闭损耗的硬开关转换器关闭损耗的硬开关转换器关闭损耗
• 关断能耗和曲线可从数据手册中获得
5
10
15
20
25
30
35
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Eoff [ µЈ]]]]
Id [A]
STP25N60M2-EP
STP24N60M2
5
6
78
910
1112
13
1415
0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5
Eoff [ µЈ]]]]
Id [A]
STP25N60M2-EP
STP24N60M2
80
太阳能逆变器、UPS、HEV、服务器/电信、电机控制
额定值500V(用于工业)- 650V BVdss
本征二极管反向
恢复时间性能提
高
更高dv/dt性能
MDmesh™ DM2
全桥和半桥的
功率密度增加
系统可靠性增强,更高的安全裕度
桥拓扑的效率更高
82
STW70N60DM2
600V/42mΩ TO-247
带快速恢复二极管的
MDmeshTM DM2系列
MDmesh TM M2
MDmesh TM DM2
STW56N65DM2
650V/65mΩ TO-247
主要特性主要特性主要特性主要特性
• 尤其适用于桥拓扑
• 本征二极管反向恢复时间性能提高
• 更高dv/dt性能
主要优势主要优势主要优势主要优势
• 全桥和半桥的功率密度增加
• 系统可靠性增强
• 桥拓扑的效率更高
83
800V、900V、950V、1050V、1200 V和1500 V MDmeshTM K5
WW最优VHV超结MOSFET系列
主要特性主要特性主要特性主要特性
超高BVDSS下具有极好的RDS(on)
高开关速度
优点优点优点优点
设计复杂性降低,效率提高
专门针对于反激式LED驱动器拓扑
MDmeshTM K5是ST最佳的高性能超结超高电压MOSFET技术,额定电压为800V-1500V,可提高高压应用的效率,尤其适用于LED驱动器。
即将推出即将推出即将推出即将推出::::1700V BVdss
85
LED驱动器、LED照明、适配器/计量、太阳能逆变器、工厂自动化、消费类
超高BVdss下具有极好的RDS(on)
业界最佳的品质因数
(FoM)
高开关速度,额定
值800V-900V-950V-1050V-1200V-1500V BVdss
MDmesh™ K5
设计复杂性降低,
效率提高
专门针对于反激式
LED驱动器拓扑和AUX PSU
更高的安全裕度
86
首个VHV超结MOSFET系列。
MDmeshTM DK5是ST最佳的高性能超结超高电压MOSFET技术,配备快速本征体二极管,额定电压为950V-1050V,trr值业界最低,具有更高dv/dt性能。
950V-1050V MDmeshTM DK5: 88
工业、EV充电器、适配器/计量、电机控制、太阳能逆变器、工厂自动化
更高dv/dt性能
本征二极管反向恢复时间性能提高
高开关速度,额定值950V-1050V
BVdss,具有业界最低的RDS(on)
MDmesh™ DK5
桥拓扑的效率更高
专门针对于FB拓扑中的电机控制应用
更高的安全裕度
DK5
89
效率对比效率对比效率对比效率对比
MOSFET产品组合产品组合产品组合产品组合
TO247-4封装TO247::::4引脚引脚引脚引脚
BVDSS[V]
RDSon[mΩ]
ID[A]
P/N 主要用途主要用途主要用途主要用途 工程样本工程样本工程样本工程样本
600
40 68 STW70N60M2-4
PV逆变器,服务器,UPS 可提供
55 50 STW56N60M2-4
70 40 STW48N60M2-4
88 34 STW40N60M2-4
650 62 42 STW56N65M2-4 服务器,SMPS,太阳能
可提供
650
29 84 STW88N65M5-4
PV逆变器,服务器,UPS 可提供
45 58 STW69N65M5-4
63 42 STW57N65M5-4
98 30 STW38N65M5-4
4L PIN3L PIN
温度温度温度温度
效率效率效率效率
∆η=0.34%
关键特性和优势关键特性和优势关键特性和优势关键特性和优势
TO247-4特性特性特性特性:
Kelvin 源引脚将功率路径与驱动信号分离源引脚将功率路径与驱动信号分离源引脚将功率路径与驱动信号分离源引脚将功率路径与驱动信号分离
在引脚间增加了爬电距离在引脚间增加了爬电距离在引脚间增加了爬电距离在引脚间增加了爬电距离
TO247-4优势优势优势优势:
关闭和开启时有低损耗关闭和开启时有低损耗关闭和开启时有低损耗关闭和开启时有低损耗
高效率高效率高效率高效率
低工作温度低工作温度低工作温度低工作温度
高绝缘标准高绝缘标准高绝缘标准高绝缘标准
91
热特性热特性热特性热特性
宽爬电距离封装
测试条件测试条件测试条件测试条件
DC/DC转换器转换器转换器转换器
load
Id = 2, 2.5, 2.7 A
fSW = 53kHz, 55kHz, 65kHz
Vin=200Vdc
Vout=17Vdc宽沿面宽沿面宽沿面宽沿面
关键特性和优势关键特性和优势关键特性和优势关键特性和优势
+ 散热散热散热散热
特性特性特性特性:
不需要使用绝缘胶不需要使用绝缘胶不需要使用绝缘胶不需要使用绝缘胶((((Silant)))) 更宽的外壳尺寸更宽的外壳尺寸更宽的外壳尺寸更宽的外壳尺寸 vs TO-220FP标准标准标准标准 封装与市场上其它两个大厂商共享封装与市场上其它两个大厂商共享封装与市场上其它两个大厂商共享封装与市场上其它两个大厂商共享
优势优势优势优势:
客户在其组装线上有更好的生产量客户在其组装线上有更好的生产量客户在其组装线上有更好的生产量客户在其组装线上有更好的生产量
节约成本节约成本节约成本节约成本
可组装更多的尺寸可组装更多的尺寸可组装更多的尺寸可组装更多的尺寸
更高的绝缘率更高的绝缘率更高的绝缘率更高的绝缘率
MOSFET产品组合产品组合产品组合产品组合
BVDSS[V]
RDSon[Ω]
ID[A]
P/N 工程样本工程样本工程样本工程样本
数据手册数据手册数据手册数据手册
STATUS
600
0,6 8 STFH10N60M2 可提供 16年9月
0,38 11 STFH13N60M2 可提供 16年9月
0,28 13 STFH18N60M2 可提供 16年9月
0,19 18 STFH24N60M2 可提供 16年9月
0,088 34 STFH40N60M2 可提供 16年9月
1200 0,69 12 STFH12N120K5 可提供 16年9月
1500 1,9 7 STFH12N150K5 可提供 16年9月
92
TO-220FP(完全隔离)宽间距4.25 mm沿面
• 年底可提供样品
• 新产品认证计划:
STFH12N120K5 690 mOhm 1200V
STFH12N150K5 1.9 Ohm 1500V
93
MOSFET HV SMD封装概述
PowerFLAT TM 3.3x3.3 HV
PowerFLAT TM 5x6 HV
PowerFLAT TM 5x6 VHV
PowerFLAT TM 8x8 HV
DPAK
D2PAK (*)
SOT223 PowerFLAT TM 5x6
只需接线
只需接线
只需接线
只需接线
95
碳化硅MOSFET优势简介
超低能耗和低超低能耗和低超低能耗和低超低能耗和低Ron,,,,特别是在非特别是在非特别是在非特别是在非
常高的常高的常高的常高的Tj时时时时
更高的工作频率,可用于更小、
更轻的系统
热性能热性能热性能热性能
高工作温度(Tjmax = 200°C)
降低的冷却
和散热需求
寿命更长
驱动方便驱动方便驱动方便驱动方便
完全兼容
标准的栅极驱动器
稳定超快速稳定超快速稳定超快速稳定超快速
本征体二极管本征体二极管本征体二极管本征体二极管
更紧凑的逆变器
97
电流 12A 20 A 45 A 65ARon(typ) 500 mW 169 mW 80 mW 52 mWQg(typ) 22nC 45nC 105nC 126nC
1200V SiC MOSFET SCT10N120 SCT20N120 SCT30N120 SCT50N120
碳化硅MOSFET1200V第1代系列已完全投产
器件器件器件器件
VDSS (V) / Ron(typ) (m Ω) 封装封装封装封装 可提供样本可提供样本可提供样本可提供样本 完全成熟完全成熟完全成熟完全成熟
SCT1000N170 1,700V/1000 HiP247 6月月月月 2016年年年年10月月月月
SCT20N170 1,700V/100 HiP247 6月月月月 2016年年年年10月月月月
产品扩展到产品扩展到产品扩展到产品扩展到
1,700V
栅极驱动电压 = 20 VHiP247封装:Tjmax=200 °°°°C
98
竞争对手B SiC MOSFET
竞争对手A SiC MOSFET
意法半导体SIC MOSFET
意法半导体SiC MOSFET
意法半导体Si MOSFET
意法半导体的SiC MOSFET在高温下展现出最低的Ron
ST是唯一一个保证塑料封装最大Tj能达到200°C的供应商
99
碳化硅MOSFET封装过孔建议过孔建议过孔建议过孔建议
SMD
与耳熟能详的工业标准TO-247基本相同,除了工艺上有所改进。
可确保200 °C最高结温
即将推出4L选件(带Kelvin源) HiP247标准引线,长引线
版本已投入生产
HiP-247TM
H2PAK 7L选件带Kelvin源,可提高开关性能
兼容用于硅MOSFET的H2PAK封装
额定值175 °C 生产资质获取中H2PAK
2和和和和7个引脚个引脚个引脚个引脚
下一步:PowerFLAT 8x8资格审批
100
SiC MOSFET生产计划
VDS
[V]RDS(on) @ 25ºC
[Ω]Id
Qg(nC) 封装封装封装封装 P/N 首个样品首个样品首个样品首个样品
大规模量产预测大规模量产预测大规模量产预测大规模量产预测
650
0.009 170 450 Max247 LL SCTYA200N65G2AG 2016年第年第年第年第4季度季度季度季度 – 2017年第年第年第年第2季度季度季度季度
0.02 130 215 HiP247 (TO247 Hi Temp) SCTW100N65G2AG 2016年第年第年第年第4季度季度季度季度 – 2017年第年第年第年第3季度季度季度季度
0.02 90 160 HiP247 (TO247 Hi Temp) SCTW90N65G2V 可提供样品可提供样品可提供样品可提供样品,,,,2016年第年第年第年第3季度季度季度季度
0.020 120 180H2PAK-7 (=D2PAK-7)(175°°°°C) SCTH90N65G2V-7 可提供样品可提供样品可提供样品可提供样品,,,,2016年第年第年第年第4季度季度季度季度
0.06045 70
HiP247 (TO247 Hi Temp)H2PAK-7 (=D2PAK-7)
SCTW35N65G2VAGSCTH35N65G2V-7AG 可提供样品可提供样品可提供样品可提供样品,,,,2017年第年第年第年第1季度季度季度季度
0.06045 70
HiP247 (TO247 Hi Temp)H2PAK-7 (=D2PAK-7)
SCTW35N65G2VSCTH35N65G2V-7 2016年第年第年第年第4季度季度季度季度 2017年第年第年第年第2季度季度季度季度
1200
0.035 70 170HiP247 (TO247 Hi Temp)
和裸露晶片和裸露晶片和裸露晶片和裸露晶片
SCTW70N120G2V 可提供样品可提供样品可提供样品可提供样品,,,,2016年第年第年第年第3季度季度季度季度
0.052 65 122 HiP247 (TO247 Hi Temp) SCT50N120 完全产品化完全产品化完全产品化完全产品化
0.08 80 105HiP247 (TO247 Hi Temp)和裸露晶片和裸露晶片和裸露晶片和裸露晶片
SCT30N120 完全产品化完全产品化完全产品化完全产品化
0.169 20 45 HiP247 (TO247 Hi Temp) SCT20N120 完全产品化完全产品化完全产品化完全产品化
0.52 12 21 HiP247 (TO247 Hi Temp) SCT10N120 完全产品化完全产品化完全产品化完全产品化
17000.09 25 105 HiP247 (TO247 Hi Temp) SCT20N170 可提供样品可提供样品可提供样品可提供样品,,,,2016年第年第年第年第4季度季度季度季度
1 6 17 HiP247 (TO247 Hi Temp) SCT1000N170 可提供样品可提供样品可提供样品可提供样品,,,,2016年第年第年第年第4季度季度季度季度
大规模量产中大规模量产中大规模量产中大规模量产中–开发中开发中开发中开发中可提供样品可提供样品可提供样品可提供样品
2016年年年年7月月月月
正在开发的正在开发的正在开发的正在开发的MOSFET特性可能会变更特性可能会变更特性可能会变更特性可能会变更,,,,恕不另行通知恕不另行通知恕不另行通知恕不另行通知。。。。
汽车级
101
LV MOSFET STripFET系列
H8/F8开发中开发中开发中开发中
应用 –拓扑定位
H6 F6
40V - 80V
负载开关
O环电机驱动
UPS / e-电机 /e-自行车 / 玩具 / 风扇控制
STB/ 功耗工具和无人机的电
机驱动 / 电子烟计算机MB
H7
正弦波逆变器电机
驱动
DC-DC & 同步整流SMPS / SERVER / TELECOM
30V
F7
40V - 150V
电机驱动/同步R/ DC-DC /O环/初级开关/反向
电池保护
叉车/电信模块/照明电子车辆/ 太阳能逆变器/ SMPS用于数据中心
H8
SiPSPS
高频VRMSTB/ 功耗工具
F8
100V & 150V
同步R/ DC-DC / O环/初级开关/BMS
102
特性特性特性特性 优点优点优点优点
超低Rds(on) • 低导通损耗
优化的体二极管(低Qrr)和本征电容(最佳Crss/Ciss电容比)
• 卓越的开关性能(效率更高)
• 无EMI问题
ST提供多种封装解决方案,包括PowerFLAT 5x6和H2PAK
• 为CTM提供的更完整的解决方案
主要优势vs竞争产品
• PowerFLAT 5x6导通电阻最佳
• 卓越的本征体漏极恢复电荷(Qrr)
• 最终应用的效率更高
STH410N4F7-6AG 导通电阻0.8 mΩ,H2PAK封装(例如,应用于EPS)
STL220N6F7导通电阻1.2 mΩ,芯片尺寸
PowerFLAT 5x6封装
ST可提供非常丰富的LV产品组合
• 从12V到350V • 沟槽:F6-F7-H6-H7(及车载肖特基二极管)
STripFET H7 & F7系列亮点
服务器服务器服务器服务器
汽车汽车汽车汽车
太阳能太阳能太阳能太阳能
能源能源能源能源
管理管理管理管理
电机控制电机控制电机控制电机控制
AC/DC和隔离的和隔离的和隔离的和隔离的
DC/DC电源电源电源电源
主要应用
103
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
STL160N3LLH6 STL220N3LLH7
RDS(on) x 区域 @10V
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
STL160N3LLH6 STL220N3LLH7
FoM @4.5V
30V STRIPFET“H7””””简介STripFET改进改进改进改进::::第第第第7代代代代 vs 第第第第6代代代代
导通损耗更低
开关损耗较低
新新新新H7系列系列系列系列新新新新H7系列系列系列系列
104
PNRDS(on) @10V
RDS(on) @4.5V
Qg@4,5V
肖特基
STL90N3LLH6 <4.5 mΩ <7.3 mΩ 17 nC --
STL110NS3LLH7* <3.4 mΩ <5 mΩ 13 nC √
D -25% -31% -24%
105
STL110NS3LLH7* STL90N3LLH6
+2%
同步降压转换器同步降压转换器同步降压转换器同步降压转换器
负载
上桥臂上桥臂上桥臂上桥臂
下桥臂下桥臂下桥臂下桥臂
STripFET H7 vs 上一代STripFET改进改进改进改进::::第第第第7代代代代 vs 第第第第6代代代代
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
RDS(on) x 区域 @10V
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
FoM @10V
40V STRIPFETTM“F7””””简介
STripFET改进改进改进改进::::第第第第7代代代代 vs 第第第第6代代代代
STH320N4F6 STH260N4LF7
STH320N4F6 STH260N4LF7
新新新新F7系列系列系列系列新新新新F7系列系列系列系列
导通损耗更低
开关损耗较低
106
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
STL100N6LF6 STL220N6F7
RDS(on) x 区域 @10V
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
STL100N6LF6 STL220N6F7
FoM @10V
60V STRIPFETTM“F7””””简介
STripFET改进改进改进改进::::第第第第7代代代代 vs 第第第第6代代代代
新新新新F7系列系列系列系列新新新新F7系列系列系列系列
导通损耗更低
开关损耗较低
107
• SAIC目标:600k部/ 2016~2020
• FAW目标2020年15%市场占有率
• JAC目标300k部/2016~2020
• ChangAn目标400k部/2016~2020年,总量的10%将为NEV。
• DFM目标300k部/2016~2020,15~18% NEV市场占有率。
• BAIC目标500k部/2016~2020。
• GAC目标200k部/2016~2020。
2015 NEV乘客乘客乘客乘客汽车数量汽车数量汽车数量汽车数量
国国国国有有有有汽汽汽汽车制造商车制造商车制造商车制造商5年年年年计划计划计划计划
下一步的中国EV市场111
STM的BMS(AFE)发展历程
L9X63
L9863
L9763 • 2006年10月开始为国际著名电池公司开发的第一款ASIC• 用于Chevrolet Volt (截至2014年,累计40亿公里无电池问题)• 100个引脚
• 2010年10月为国际著名电池公司开始第二款ASIC • 64个引脚
• 下一代ASSP BMS AFE IC• 64个引脚• 集成主动安全
• 设计针对中国市场
启动
• 由ST的汽车安全芯片设计部门负责设计• 基于高可靠性BCD工艺
112
ST 主要竞争力– BCD智能功率工艺
遥遥领先的第一名WW
汽车-致力于独立制造 与市场领导者合作
BCD技术24%市场份额*
2010年销售600M部件
BCD技术24%市场份额*
2010年销售600M部件
高质量,长使用寿命
双源策略
高质量,长使用寿命
双源策略
Bosch, Conti, Denso
技术和市场的领导者
Bosch, Conti, Denso
技术和市场的领导者
H桥桥桥桥
稳压器稳压器稳压器稳压器
传感器传感器传感器传感器IF
通用块通用块通用块通用块
逻辑逻辑逻辑逻辑
驱动驱动驱动驱动
来源:10年9月战略 分析
113
高级DTI和RDL汽车级0.11um BCD
深沟槽隔离技术模块兼容于所有0.11um BCD平台(+1掩模)DTI集成和填充过程概念: 填充:氧化物+掺硼多晶硅 沟槽电子接触至基底(移除底部氧化物)
沟槽特性为:
(深度穿透硅基底(达到P++区),防止Latch up(寄生NPN抑制)
低电阻基底连接(3mΩ·mm² DTI插入 vs. 1Ω·mm² JI插入)
Cu重新分布层厚厚厚厚Cu顶层金属互相连接顶层金属互相连接顶层金属互相连接顶层金属互相连接,,,,使得使得使得使得:
低电阻金属总线
大直径铜线bonding 简化工艺流程
Ni/Pd 焊盘完成焊盘完成焊盘完成焊盘完成,,,,用于:
激活区的稳固接合
扩展温度(>>150C)可靠性
设备1 设备2
pwell pwell埋藏式nwell 埋藏式nwell
Cu重新分布层
Ni/Pd(金属互连完成)
18.4µm
Cu
Pd 0.3µmNi 2.0µm
CuWIRE
9.2µm Cu 10 µm
第二满足
第三满足
114
HEV/EV:BMS的L9763举例
L9763为专有ASIC。
• 一个控制单元能够监控并平衡3到10个锂电池。
• 通过主控制单元的垂直菊花链通信,可将高达32个单元链接在一起并寻址。
• 使用S&H功能和模拟复用器监控电池电压。
• 通过放电网络平衡电池。
• 睡眠模式中超低电流消耗。
• 具有复位功能的5V微控制器供电。
• SMPS用于功率LED表,用以显示状态信息。
• 电流均衡器在阻塞控制单元间平衡电流消耗,以避免电池不受控制地放电。
• 内部电荷泵将功率MOS驱动为高侧状态。
• 外部充电/放电FET(CFET/DFET)驱动器。
• 电流感应放大器,用于电池负荷电流监控。
• 每单元高达70V电压能力。
115
L9863节省成本ASIC
• 电源电源电源电源• 8 V ≤ VPWR ≤ 75 V工作,85 V瞬态。
• 高级电压和温度测量高级电压和温度测量高级电压和温度测量高级电压和温度测量
• 5至12电池电压测量通道,具有80us全通道转换• 总栈电压测量• 高达32节点• 14位连续近似模数转换器
• 传感器输入传感器输入传感器输入传感器输入
• 4 ADC/GPIO/温度
• 冗余电源和接地连接冗余电源和接地连接冗余电源和接地连接冗余电源和接地连接
• 被被被被动均衡动均衡动均衡动均衡
• 封装封装封装封装::::64 LQFP-EP
• 温度范围温度范围温度范围温度范围::::-40 C至至至至+125C(Ta) -40C至至至至+175C(Tj)
116
L9X63下一代AFE• 尖端尖端尖端尖端BCD9 DTI 汽车级工艺汽车级工艺汽车级工艺汽车级工艺
• 高于高于高于高于ISO26262标准标准标准标准现有现有现有现有要求要求要求要求
• 高级主动安全理念高级主动安全理念高级主动安全理念高级主动安全理念
• 独一无二的外设监控理念独一无二的外设监控理念独一无二的外设监控理念独一无二的外设监控理念
• 与本地知名合作伙伴共同开发与本地知名合作伙伴共同开发与本地知名合作伙伴共同开发与本地知名合作伙伴共同开发
开始 :Q1 2017SOP :Q3 2018
118
单相车载充电拓扑整流器解决方案
STBR输入桥二极管输入桥二极管输入桥二极管输入桥二极管
PFC二极管二极管二极管二极管
650V 或或或或 1200V SiCLLC 全桥全桥全桥全桥 DC/DC
600V RQ系列系列系列系列
输入桥输入桥输入桥输入桥 PFC DC/DC
负载
Vbatt=
[250V-500V]
栅极栅极栅极栅极
驱动器驱动器驱动器驱动器
栅极栅极栅极栅极
驱动器驱动器驱动器驱动器
栅极栅极栅极栅极
驱动器驱动器驱动器驱动器
输入桥输入桥输入桥输入桥
1200V 超低超低超低超低VF二极管二极管二极管二极管((((STBR 系系系系
列列列列))))
1200V SCR 用于浪涌电流限制用于浪涌电流限制用于浪涌电流限制用于浪涌电流限制
单独或交错单独或交错单独或交错单独或交错 PFC 650V / 1200V SiC ((((空白板空白板空白板空白板,,,,H系列系列系列系列)))) 600V Tandem 超快速二极管超快速二极管超快速二极管超快速二极管((((R,,,,S系列系列系列系列))))
LLC 全桥全桥全桥全桥 DC/DC
柔软快速二极管柔软快速二极管柔软快速二极管柔软快速二极管 600V((((RQ 系系系系
列列列列))))
121
Load
Vbatt=
[250V-500V]
标准桥式整流器(STBR) (STBR)功耗对比 3.5kW OBC
ID1, ID4
t
=2 × ×
= ×
2
-- STBR3012-Y
-- STBR6012-Y
-- 竞争产品
-- STBR3012-Y
-- STBR6012-Y
-- 竞争产品
IF(AV) = 6.9A IF(RMS) = 10.8A
• @ Tj = 125°°°°C:Pcond(typ) STBR3012-Y = 6.3WPcond(typ) STBR6012-Y = 5.6W
• STBR3012-Y (30A / 1200V @ -40°°°°C)提供提供提供提供DO247 & D²PAK• STBR6012-Y (60A / 1200V @ -40°°°°C)仅提供仅提供仅提供仅提供DO247
∆P = 0.7W/二极管 ∆η = 0.08%
F = 50Hz Ipeak
123
标准桥式整流器(STBR) (STBR)功耗对比 7kW OBC
IF(AV) = 13.7A IF(RMS) = 21.5A
• @ Tj = 125°°°°C:• Pcond(typ) STBR3012-Y = 14.3W• Pcond(typ) STBR6012-Y = 12.4W
• STBR3012-Y (30A / 1200V @ -40°°°°C) 提供提供提供提供DO247 & D²PAK• STBR6012-Y (60A / 1200V @ -40°°°°C) 仅提供仅提供仅提供仅提供DO247
∆P = 1.9W/二极管 ∆η = 0.12%
Load
Vbatt=
[250V-500V]
ID1, ID4
t
=2 × ×
= ×
2
-- STBR3012-Y
-- STBR6012-Y
-- 竞争产品
F = 50HzIpeak
-- STBR3012-Y
-- STBR6012-Y
-- 竞争产品
124
• 雷击浪涌(IEC61000-4-5)测试条件?3kV / 2Ω 不同模式
• 考虑到MOV钳位电压分散,在IEC61000-4-5测试期间跨桥式二极管测量的最大电压是多少?
• 在以下情况,我们可以通过输入桥二极管和升压二极管获得电流波形:
• IEC61000-4-5测试• 启动阶段
• 输入掉电(如适用)
• 输入短路测试(如适用)
检查与电压额定值和IFSM参数兼容性的瞬态条件下耐压和开冲击电流能力评估
IEC61000-4-5测试设置测试设置测试设置测试设置&&&&组合波型组合波型组合波型组合波型
125
SiC性能与Si技术
利用SiC,我们获得:——最佳开关性能(快速柔软)——通过最佳关断性能,在硬开关应用中实现最佳效率
恢复电流取决于
Tj、IF和dI/dt
IF=8A;dI/dt=400A/µs;VR=400V;Tj=125°C2A/div;10ns/div
SiC 600/650V二极管二极管二极管二极管
Tandem G2
电容电流与Tj无关Tandem G1
超快速二极管超快速二极管超快速二极管超快速二极管
反向特性反向特性反向特性反向特性功率损耗功率损耗功率损耗功率损耗
127
SiC 650V 新系列 & 1200V VF和竞争对手比较
ST SiC 650V & 1200V 二极管提供市场上最低的VF
典型值正压对比
SiC 650V SiC 1200V
-- STPSC20H12D--竞争产品 1--竞争产品 2
-- STPSC20H065--竞争产品 1--竞争产品 2--竞争产品 3
128
电热仿真
电学模型
Competition
STPSC20065
tp = 1µs
ST 二极管新型新一代显示: 整个电流范围 & Tj上更低的VF 更小的导热系数
STPSC20065 对比竞争产品 (20A/650V)
129
新型 ST SiC 1200V:JBS效应
STPSC10H12DVF(IF) vs Tj,@tp=1µs
在ST 1200V SiC二极管上执行JBS可在高瞬态电流阶段对Tj进行更好的控制,实现优于竞争对手的IFSM能力。
带带带带JBS的的的的ST二极管二极管二极管二极管无无无无JBS的竞争产品二极管的竞争产品二极管的竞争产品二极管的竞争产品二极管
钳位效应 借助JBS在高Tj & 高电流条件下
无钳位效应:正导热系列在高Tj & 高电流条件下
10A/1200V VF(IF) vs Tj,@tp=1µs
130
新型ST SiC新一代由于更低的VF和Zth(j-c)可实现更高的浪涌电流能力,同时提供最佳效率
时间
0s 0.5ms 1.0ms 1.5ms 2.0ms 2.5ms 3.0ms 3.5ms 4.0ms 4.5ms 5.0ms 5.5ms 6.0ms 6.5ms 7.0ms 7.5ms 8.0ms 8.5ms 9.0ms 9.5ms 10.0ms1 V(VF20065) V(vfRohm) 2 V(Tj_20065) V(Tj_Rohm) 3 -I(V109)
0V
2V
4V
6V
8V
10V
12V
14V
16V
18V1
>>0V
100V
200V
300V
400V
500V
600V2
0A
10A
20A
30A
40A
50A
60A
70A
80A
90A3
Tj(peak)_Competition=580°C
Tj(peak)_STPSC20065=145°C
VFSTPSC20065
VFCompetitionIFSM
新一代 20A/650V SiC二极管热模拟结果
IF(A)Tj(°°°°C)VF(V) IFSM = 90A
131
采用600/650V SiC 二极管的主要拓扑
单独升压单独升压单独升压单独升压 PFC
600V/650V SiC 单二极管
ACAC
交错交错交错交错 PFC
650V 双二极管配有共阴极:节省了一个封装
并进行了更多的集成
2 x 650V SiC 二极管,双二极管系列:具有较
强的抗浪涌能力
无桥无桥无桥无桥PFC
AC
三种三种三种三种SiC配置配置配置配置,,,,可覆盖多种拓扑可覆盖多种拓扑可覆盖多种拓扑可覆盖多种拓扑
132
Load
Vbatt=
[250V-500V]
OBC HV LLC DC/DC转换器的主要特点应用条件:
- Vac = 全范围 = [90Vac – 265Vac]- VINDC(typ)= 400V- Vbatt = 250V至500V- Poutmax = 3.5kW - 开关频率范围 = 70kHz 至 270kHz- 全负载工作频率:70kHz @ 400V & 160kHz @ 250V
250V 400V 500V200V
3.5kW
14A
PoutIout
8.75A
标称性能
1点 2点
1点条件:- VinDC = 400V- Vbatt = 250V- Iout = 14A
2点条件:
- VinDC = 400V
- Vbatt = 400V
- Iout = 8.75A
全负荷HV DC/DC的工作点
Vbatt
134
Vout
Iout
全桥全桥全桥全桥LLC转换器次级侧整流器二极管
ID1
• 1点条件点条件点条件点条件:::: • 2点条件点条件点条件点条件::::
次级二极管最差工况条件是对于最小电池电压和满载条件而言,因为(=1点条件):• 最大输出电流 => 最大导通损耗• LLC在 fsw > f0条件下工作,导致CCM 操作 => 开关损耗
Vp
ILr ID2
工作点工作点工作点工作点1标称值标称值标称值标称值::::
- Vout = 250V, Iout = 14A, fsw = 160kHz, fsw > fr1)- ID1_AVG = 7Adc, ID1_RMS = 11Arms, ID1_PEAK = 22A,
- dIF/dt = 65A/µs.
LrCr
软开关条件 => dIF/dt = 25A/µs
工作点工作点工作点工作点2标称值标称值标称值标称值::::
- Vout = 400V, Iout = 8.75A, fsw = 70kHz, fsw < fr1)- ID1_AVG = 4.5Adc, ID1_RMS = 9Arms, ID1_PEAK = 22A- dIF/dt = 35A/µs.
135
电气特性定位 + 功耗估计• 恢复特性定位恢复特性定位恢复特性定位恢复特性定位::::
条件条件条件条件::::VVVVRRRR = 250V, IF = 5A, dIF/dt = 65A/= 250V, IF = 5A, dIF/dt = 65A/= 250V, IF = 5A, dIF/dt = 65A/= 250V, IF = 5A, dIF/dt = 65A/µµµµs, Tj = 125s, Tj = 125s, Tj = 125s, Tj = 125°°°°CCCC• VF VF VF VF 定位定位定位定位::::
损耗损耗损耗损耗
Pcond
(W)
Pswoff
(W)
总损耗总损耗总损耗总损耗
Ptot = Pcond + Pswoff (W)
效率下降效率下降效率下降效率下降
ηηηηdrop = [(4*Ptot) / Pout ]*100恢复特性恢复特性恢复特性恢复特性
STTH30L06-Y 6.1W 15.4W 21.5W 2.46% 软度
STTH30RQ06-Y 9W 3.9W 12.9W 1.47% 软度
STTH30ST06-Y 10.7W 1W 11.7W 1.34% 脱离
STTH15RQ06-Y 11.3W 3W 14.3W 1.63% 软度
STTH16L06C-Y 7.7W 8.2W 15.9W 1.82% 软度
• 工作点工作点工作点工作点1功耗估计功耗估计功耗估计功耗估计::::Pout = 3.5kW, Vout = 250V , Fsw = 160kHz, Tj = 125 °°°°C
136
STBR 1200V 及 RQ 600V
新样品目前可用于测试
• TO-220AC, D2PAK & D0247中的STTH15RQ06-Y(单二极管)
• O-220AC, D2PAK & D0247中的STTH30RQ06-Y(单二极管)
• STTH30RQ06C-Y (双二极管 2×15A):TO220AB, D2PAK & TO247
2017年第一季度规划的AEC-Q101
TO-220AC D²pak
TO247TO-220AB D²pak
新样品目前可用于测试
• D0247 & D²PAK中的STBR3012-Y(单二极管)
• D0247中的STBR6012-Y(单二极管)
2016年12月规划的AEC-Q101
137
SiC 新一代 650V 二极管
产品编号产品编号产品编号产品编号 IF(AV)
VF [V] max
(每个二极管)
@I0
IFSM [A]
(每个二极管)
IR [µA]
(每个
二极管)
Qcj [nC]
(每个
二极管)
封装封装封装封装
样件样件样件样件
生产生产生产生产
合格性合格性合格性合格性
25°C 150°C10µs
25°C
10ms
25°C
Vr=650V/
150°C
VR=
400V DO
-220
DO
-220
I
DO
-247
TO
-247
SiC 新型空白板新型空白板新型空白板新型空白板 650V系列系列系列系列
STPSC8065 8 A
1.45 1.65
- - - -
STPSC10065 10 A - - - -
STPSC12065 12 A 220 50 1000 36 √ √
STPSC20065 20 A 400 90 2000 62 √ √
STPSC40065C2 x
20A400 90 2000 62 √ √
量产量产量产量产
评定中评定中评定中评定中
138
SiC 1200V 二极管
产品编号产品编号产品编号产品编号 IF(AV)
VF [V] max
每个二极管 IFSM [A]IR [µA] max
Qcj
[nC]
typ
封装封装封装封装
样件 合格性
TO
-220
DP
AK
HV
D²P
AK
TO
-247
LL
IF = I0
25°C 150°C10µs
25°C
10ms
25°C
Vr=650V
150°C
VR=
800V
SiC 1200V
STPSC2H12 2 A 1.5 2.25 - -
STPSC5H12 5 A 1.5 2.25 - -
STPSC6H12 6 A 1.9 2.6 100 36 1500 29 √ √
STPSC10H12 10 A
1.5 2.25
420 71 400 57 √
STPSC15H12 15 A 630 105 600 94 √ √
STPSC20H12 20 A 700 140 800 129 √ √
STPSC10H12C 2x5A
1.5 2.25
- - 100 29
STPSC20H12C 2x10A - - 200 57 √
STPSC30H12C 2x15A - - 300 94
STPSC40H12C 2x20A - - 400 129
量产量产量产量产
评定中评定中评定中评定中
139
SiC 1200V Automotive
产品编号产品编号产品编号产品编号 IF(AV)
VF [V] max
每个二极管 IFSM [A]
IR [µA]
maxQcj
[nC]
typ
封装封装封装封装
样件 合格性
TO
-220
DP
AK
HV
D²P
AK
TO
-247
LL
IF = I0
25°C 150°C10µs
25°C
10ms
25°C
Vr=650V
150°C
VR=
800V
SiC 1200V
STPSC10H12 10 A
1.5 2.25
420 71 400 57 √
STPSC15H12 15 A 630 105 600 94 √
STPSC20H12 20 A 700 140 800 129 √
量产量产量产量产
评定中评定中评定中评定中
140
SiC 650V Automotive
产品编号产品编号产品编号产品编号 IF(AV)
VF [V] max
(每个
二极管)
@I0
IFSM [A]
(每个二极
管)
IR [µA]
(每个
二极管)
Qcj [nC]
(每个
二极
管)
封装封装封装封装
样件样件样件样件 生产生产生产生产
25°C150°
C
10µs
25°
C
10ms
25°C
Vr=650V1
50°C
VR=
400V
TO
-220
AC
TO
-220
AB
DO
-220
I
DO
-247
TO
-247
D²P
AK
I²P
AK
SiC 新型空白板新型空白板新型空白板新型空白板 650V系列系列系列系列
STPSC6C065-Y 6 A
1.75 2.5
375 43 250 15.2 √ √
STPSC10C065-Y 6A - - - -
STPSC10H065-Y 10 A 470 80 425 28.5 √ √
STPSC12C065-Y 12 A 470 84 500 29.3 √ √
STPSC12H065-Y 12 A 400 90 500 36 √ √
STPSC12065-Y 12 A 1.45 1.65 220 50 1000 36 √ √
STPSC20H065C-Y 2 x 10A 1.75 2.5 470 80 425 28.5 √ √
STPSC20065-Y 20 A 1.45 1.65 400 90 2000 62 √ √
STPSC40065CWY 2x20A 1.45 1.65 400 90 2000 62 √ √
量产量产量产量产
评定中评定中评定中评定中
141
汽车级 150 °C SCR 晶闸管
2 5
TN5050H-12WY
TN3050H-12GY
25充电器充电器充电器充电器
功率功率功率功率 (kW)12
SCR CURRENT (ARMS)
80 A
30 A
50 A
IGT = 50mA
TN3050H-12WY
TO-247AK
G
A
AK
G D2PAK
A
新产品新产品新产品新产品!!!!
量产量产量产量产
单电源
通过使用3相扩展
143
汽车应用
飞轮
N
P
电源线圈
火花塞
点火线圈
停止按钮
电动车辆电动车辆电动车辆电动车辆
摩托车摩托车摩托车摩托车
车载充电器
调压器 发动机点火(CDI)
X0202TS820-600TN1205H-6TYN612
Vbatt=
[250V-500V]
AC
TN5050H-12WYTN3050H-12WYTN3050H-12GY
STBR6012-YSTBR3012-Y
STPSC20065-Y STTH30RQ06-YSTTH15RQ06-Y
TO-247
D2PAK
D3PAKTM8050H-8D3TN2015H-6
电池
144
2- 5 KW 系列OBD(OBC)设计趋势
+
SCR
+
SCR
桥式桥式桥式桥式PFC
可靠性可靠性可靠性可靠性
高开关率
1400V 稳健性
150°C
AGAC
紧凑型紧凑型紧凑型紧凑型
较少的散热损失
较少原件数
SMD技术
无无无无AC噪声噪声噪声噪声 ZVS / ZCS 驱动
紧触发
控制涌流
传统拓扑传统拓扑传统拓扑传统拓扑
2 或或或或 4 SCR/单元单元单元单元
无桥无桥无桥无桥PFC
最新拓扑趋势最新拓扑趋势最新拓扑趋势最新拓扑趋势
2 SCR/单元单元单元单元
接下来接下来接下来接下来
145
STEVAL-ISF003V1数字浪涌电流限制器评估板
输入AC电压:85VAC至264VAC
输入AC频率:45Hz至65Hz
DC输出电压:125VDC至372VDC
最大输入电流:32 A RMS
环境温度:0°C至60°C
低待机功耗< 0.3W
效率:> 98 % @ 230 / 120 VRMS – 50HZ – 3,3KW – DC电阻负载
符合:
• EN 55015、、、、IEC 61000-4-11和和和和IEC 61000-3-3
• IEC 61000-4-5 浪涌浪涌浪涌浪涌::::4kV
• IEC 61000-4-4 EFTY 批量传输批量传输批量传输批量传输::::标准标准标准标准 A @ 4kV min
制冷:主动风扇强制空气冷却
与功率因数校正PFC功能一起工作
峰值浪涌电流调谐
由于SCR逐步启动,去掉了两个笨重的继电器和一个NTC (或PTC)电阻
主要特性主要特性
主要产品主要产品
TN5050H-12WY (桥式SCR)
STBR6012WY 正在开发中
STM8S003F3 (8位微控制器)
VIPER26HD (HV转换器)
148
STEVAL-ISF003V1浪涌电流限制SCR控制
• 根据驱动SCR1(T1)和SCR2(T2)的时间相关脉冲串对大容量电容器充电• T1和T2根据AC线的零电流流过(ZVS)进行同步• 通过每个半交流线循环常数∆t减少启动延迟(“T_OFF”),根据AC线极性来交替控制T1和T2• T1和T2由相位角控制直至启动延迟(“T_OFF”) 低于“T_OFF_Min”
SCR1
VAC HVDC
SCR2
T T T
T_OFF_1 T_OFF_2 T_OFF_3
T T TT
T_OFF_Max
2x∆t 3x∆t 4x∆t∆t 5x∆t
T_OFF_Min
SCR1
VAC HVDC
SCR2
T T T
T_OFF_1 T_OFF_2 T_OFF_3
T T TT
T_OFF_Max
2x∆t 3x∆t 4x∆t∆t 5x∆t
T_OFF_Min
GND_DC
HVDC
C1
HV
DC
VAC
T1 T2
D10D9
150
通过SCR相位控制限制浪涌电流230 VRMS - 50 Hz - HV 输出电容 = 1mF - ∆t 可变
充电时间 = 120ms
通过PTC限制浪涌电流230 VRMS - 50 Hz - HV 输出电容 = 1mF
充电时间 = 400 ms
VDC
VAC
IAC (10 A/div)
IAC_RMS = 6 AIAC_RMS = 6 A
STEVAL-ISF003V1通过SCR智能控制优化充电持续时间
使用PTC 使用SCR智能控制
IAC_RMS = 6 AIAC (10 A/div)
VAC
VDC
40 ms / div 20ms / div
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完整支持
• 根据要求提供详细说明
• 自由开放固件
• 应用笔记:AN4606
• 可提供数据单:TN5050H-12WY / TN3050H-12WY / T3050H-12GY
• 汽车级
• 根据要求提供评估板
• 设计套件
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