IGBT

英飛凌科技(Infineon)旗下高電壓產品系列推出全新封裝XHP 3。新款彈性的 IGBT模組平台適用於電壓範圍介於3.3 kV~6.5 kV的高功率應用，提供最佳可靠性與最高功率密度的可擴充式設計。新款模組具備低雜散電感的對稱性設計，可顯著改善切換特性，因此，XHP 3平台可為嚴苛要求的應用提供解決方案，例如牽引，商用、營建及農用車輛，以及中壓馬達。此高功率平台將於PCIM 2019中展出。 英飛凌XHP 3封裝具備長140 mm、寬 100 mm、高 40 mm的精簡外型尺寸。此全新高功率平台的首款IGBT模組具有3.3 kV阻斷電壓及450 A額定電流的半橋拓撲。為符合客戶需求，同時推出兩種不同的隔離等級：分別為6 kV(FF450R33T3E3)與10.4 kV(FF450R33T3E3_B5)隔離。超音波焊接端子與氮化鋁基質及鋁碳化矽基板可確保最高的可靠性與耐用水準。 高功率IGBT模組專為並聯而設計，因此提供了全新的可擴充性。系統設計人員現在可藉由並聯所需的XHP 3模組數量，輕鬆調整出理想的功率等級。為了有助於擴充，英飛凌提供具有一組匹配的靜態與動態參數的預先群組裝置。使用上述群組模組，可在不降額的條件下，並聯最多八個XHP 3裝置。 英飛凌將在2019年PCIM展中展示創新的從產品到系統(Product-to-System)、多項驅動世界及未來應用的解決方案。英飛凌將於第9展覽廳313號攤位(德國紐倫堡，2019年5月7~9日)進行產品展示。有關PCIM展的重點產品，請瀏覽 www.infineon.com/pcim。

本文將探討藉由對IGBT/MOSFET電源開關進行破壞性檢測，分析閘極驅動器的隔離耐受能力。例如，對於像是電動/混合動力車這類高可靠度/高效能應用而言，隔離式閘極驅動器必須確保隔離阻障層(Isolation Barrier)在所有情況下維持完好。隨著Si-MOSFET/IGBT不斷改良，以及氮化鎵(GaN)和碳化矽(SiC)技術的推出，現代功率轉換器/逆變器的功率密度也跟著提升。 因此業界需要高整合度的隔離式高強固新型閘極驅動器。由於電氣隔離機制已整合在驅動器晶片內，因此這些驅動器得以小型化。電氣隔離可透過整合型高電壓微變壓器或電容來達成。由於只要出現一次意外的系統故障就可能導致電源開關損壞或爆炸，或甚至整個電源逆變器(Power Inverter)毀損，因此必須針對高功率密度逆變器來評測閘極驅動器在隔離方面的安全性能。這方面的隔離可靠度，必須針對電源切換開關毀壞的最糟狀況來進行測試與驗證。 當高功率MOSFET/IGBT失效時，逆變器內部數千微法拉的電容組(Bank Capacitor)在最糟狀況下會快速放電。這些釋放的能量會導致MOSFET/IGBT毀損、封裝爆裂以及電漿外溢到環境中。部分能量會流到閘極驅動器的線路，則會導致電氣過載(Overstress)。另外由於功率密度極高，因此即使在晶片本身失效的情況下，驅動晶片也應設計成能夠維持電氣隔離。 建構高整合度閘極驅動器 晶片層級隔離方面，運用平面微變壓器來提供電氣隔離。它採用晶圓層級技術進行製造，並製作成半導體元件的規格。在一個iCoupler通道中含有一個IC，以及晶片層級的變壓器(圖1)。在隔離層中則有隔離阻障層來分隔每個變壓器的頂部與底部線圈(圖2)。數位隔離器採用厚度至少20微米的聚醯亞胺(Polyimide)絕緣層來分隔平面變壓器線圈，其製造流程也整合成晶圓製程的一部分。這樣的製程除了讓隔離元件能以低廉的成本整合到任何晶圓廠的半導體製程外，還能達到極高的品質與可靠度。圖2的橫截面圖顯示透過極厚的聚醯亞胺層隔開頂部與底部線圈。 圖1　MOSFET半橋驅動器的晶片配置 圖2　微變壓器的橫截面 封裝內的分離導線架(Split Lead-frame)會完成隔離機制。當電源開關爆炸導致閘極驅動器輸出晶片受損，內部晶片的分區與配置設計必須確保隔離層完好無損。目前已建置許多保護措施以確保閘極驅動器內部隔離機制在遭遇事故後的存活力： ．適當調整外部電路以限制流入閘極驅動晶片的電力 ．適當配置驅動晶片的輸出電晶體 ．適當配置晶片上的微變壓器 ．適當配置封裝內部的控制與驅動晶片 晶片內部閘極驅動器的配置，如圖1能在極端電氣過載狀況下避免電氣隔離性能崩潰。 破壞性測試模擬逆變器失效 透過組建一個含有385V與750V兩個電壓位準的測試電路以用來模擬實際電源逆變器的各種狀況。在需要對110V/230V交流電網進行功率因素修正的系統而言，385V的電壓位準相當常見。750V則常見於高功率逆變器，這類逆變器用來驅動許多應用，其中使用到的開關其額定崩潰電壓多為1200V。 在破壞性測試中，其中一個逆變器接腳連著一個電源開關以及一個適合的驅動器，在開關失效之前會維持導通狀態。在破壞期間系統會紀錄下波形，以判斷流入閘極驅動晶片的能量。之後研究各種保護措施，以限制流入閘極驅動電路的破壞性能量。在破壞性測試中用到許多種類的IGBT與MOSFET。  MOSFET/IGBT在受控破壞模式下測試電路 在IGBT/MOSFET驅動器的電氣超載測試(EOS-test)方面，我們設置一個相當接近真實世界條件的電路(圖3)。電路中含有電容與電阻，對於5kW至20kW功率範圍的逆變器而言都是相當適合的元件。在閘極電阻Rg方面，採用的是額定2瓦功率的軸向型金屬電阻。當中用到一個阻隔二極體D1，用來防止電力從高電壓電路逆流到外部電源。 圖3　EOS電路配置，用來量測隔離耐受性檢測中電源開關的損壞狀況 這個二極體也能反映真實狀況，因為浮接(Floating)電源供應器內含至少一個整流器(亦即自舉電路)。高伏電源HV會透過一個接有充電電阻Rch以及一個開關S1的電路對阻塞性電極電容進行充電。在EOS-test方面，則維持以500µs的開啟訊號貫入到控制輸入電壓VIA或VIB。這個開啟訊號透過微隔離(Microisolation)構造進行傳送，會導致短路狀況並破壞電源電晶體T1。在一些情況中，甚至會觀察到電晶體封裝爆裂。 在這裡，我們在兩個電壓位準上用四種電源開關來模擬逆變器的損壞。第一種測試是針對特定類型的切換開關，第一次會接上電力限制電路，第二次則不接。為限制損壞階段流入驅動器電路的能源，在一些測試中會把齊納二極體Dz(BZ16,1.3瓦)直接連到驅動器的輸出針腳。另外還會研究不同的閘極電阻值。 檢測直接閘極驅動器電路受損狀況 另一項測試則是模擬最糟狀況條件，當中破壞性能源直接導入閘極驅動器的輸入與輸出晶片。在這項破壞性測試中，完全充電的最大體積(bulk)電容直接連到閘極驅動器的輸出接腳(圖4)。這項測試顯示可能出現最糟狀況的超載，故能檢驗隔離耐受性的能力。能源直接流入驅動電路，而閘極電阻則是唯一的電力限制元件。其中中繼器S2把高電壓耦合到閘極驅動器的輸出電路。 圖4　EOS電路，在隔離耐受測試中用來判斷能源限制的能力 圖5顯示在最糟狀況測試中，沒有任何元件用來限制能源流入晶片的輸入端與輸出端。在高電壓750伏的直接應用方面，透過開關S1連至輸出晶片，用來代表最糟狀況的條件，中間高電壓750伏特導入驅動晶片，當中沒有用到任何能源限制閘極電阻。 圖5　EOS電路在最糟狀況中，能源直接貫入輸入與輸出晶片。 另外一種可能的最糟狀況，超量電源電壓貫入到驅動器一次側的控制晶片。輸入電源電壓的最大建議值為5.5V。倘若DC對DC轉換器產生的輸入電壓不受調節，其輸出的電壓就會升高。在不受控制的狀況，許多尖端直流對直流變壓器的輸出電壓可能提高二至三倍。貫入閘極驅動器輸入晶片的能源受到限制，而包括電阻、電源切換開關、電感等其他元件也都包含在內。這些元件會阻止能源流入控制晶片。這裡選用15V的電源電壓以及1.5安培的電流，用來模擬真實世界中直流對直流變壓器機能失常的狀況。 如表1所示，使用圖3、圖4、圖5電路進行超載測試的結果。為判斷保護電路的影響，對每種MOSFET/IGBT電源開關進行兩次測試。在9、10、11最糟狀況測試中，使用到開關S1與S2。 一般而言，齊納二極體有助於保護驅動電路，如表所示(比較測試1與測試2)。然而當閘極電阻值過小，不論是否有齊納二極體，驅動器都會受損(比較測試3與測試4)。 比較測試2與測試3，以及對照測試3與測試4，即可估算出驅動器的損壞能源。測試5與測試6提供一項有意思的結果：超接合面(Super-junction)MOSFET比起相同額定功率的IGBT更能限制能源流入閘極驅動器。測試9、10、11的目的－無上限能源流入控制與驅動器晶片－則是用來研究在最糟狀況下隔離耐受性的效能。 破壞性測試顯示在電源開關受損時的不同波形。圖6的波形是一個超接面MOSFET，開啟到晶片損壞之間大約經過100微秒，只有極小的電流流到驅動晶片，故能通過超載測試。在相同的測試條件下，標準MOSFET導致大幅提升的閘極電流與過壓，而使驅動器受損，如圖7所示。 圖6　破壞SPW2460C3產生的波形圖；沒有觀察到驅動器受損 圖7　破壞2個並聯FDP5N50所產生的波形圖；閘極驅動器失效 晶片損壞分析 部分密封的閘極驅動器顯示在不同開關與不同測試條件下出現類似的晶片損壞。圖8顯示一個P-MOSFET輸出驅動器在測試8中表1的損壞狀況。750V電壓的測試中導致一個IGBT爆裂，以及損壞限能元件Rg與DZ；不過只有在VDDA接腳焊線附近出現小區域的熔融。 圖8　閘極驅動晶片照片顯示測試8的損壞區域。隔離層中沒有發現損壞 受損階段的閘極過流，會從P-MOSFET的本徵二極體流到100微法拉電容。由於電流擁擠效應，靠近焊線的區域出現熔融。除此之外驅動晶片沒有其他損壞，控制晶片的隔離層也沒有觀察到損壞。圖9顯示測試9的熔融區，過程中150伏特的電壓直接貫入驅動晶片。控制晶片的電氣隔離能耐受這種極端超載測試。 圖9　閘極驅動晶片的照片顯示測試9過程中的損壞區域。極端的電氣超載並沒有破壞控制晶片。最終結果並沒有偵測到隔離機制受到損壞 一次側的最糟狀況顯示超量電源電壓貫入控制晶片的結果。在測試11中，15伏特的電源電壓貫入VDD1接腳，如圖5，遠遠超過絕對最高額定值7.0伏特。圖10照片顯示晶片中靠近VDD1接腳的區域出現熔融。 圖10　輸入控制晶片照片顯示測試11中的受損區域。貫入電路的能源導致在VDD1接腳附近出現範圍極有限的熔融。隔離層本身則沒有受損 電源切換開關的破壞性測試不會影響到整合式閘極驅動器的隔離耐受性。即使驅動器因超量能源流入輸出晶片而受損，也只有局部小範圍的區域會出現熔融。超量的能源會直接透過P-MOS驅動器電晶體導入到阻隔電容。因此熔融只會出現在P-MOS區域。 ADI的整合式閘極驅動器ADuM4223/ADuM3223的晶片配置不允許熔融區域擴散到控制晶片，因為控制晶片內含電流隔離訊號變壓器。為限制能源流入驅動器的輸出端，業界會使用齊納二極體。齊納二極體搭配一個適合的閘極電阻，能在電源切換開關受損時保護閘極驅動器。可以設計閘極電阻在整流時管理電力消耗，以及在出現損壞時隔離驅動器與電源開關。當高電壓直接貫入晶片時，閘極電阻可發揮保險絲的作用。電阻會讓晶片損壞控制在小範圍，只會在輸出電源切換開關附近出現熔融。 在最糟的狀況下，當無受限能源貫入輸出晶片，驅動器輸出接腳附近會出現有限的熔融區域。這項測試並沒有影響到隔離耐用性。在一次側的最糟狀況中，當電源電壓大幅超越絕對最大額定值，在電源電壓接腳的週圍就會出現有限度的熔融區。在任何電氣超載測試中，都沒有隔離能力弱化的跡象。之後進行高電壓隔離測試，則確定電氣微隔離的耐受性能。適當的晶片結構，以及驅動器封裝內部的晶片配置，能阻止破壞能源擴散到微變壓器的高電壓隔離層。 (本文作者任職於ADI)  

電動車產業未來幾年將持續加速，以無聲、零排放、零震動的姿態完善產業鏈，持續挑戰內燃機(Internal Combustion Engine, ICE)車輛的主流地位，同時電池、馬達、電控三大系統也以分進合擊的方式，各自努力發展技術、結合提升車輛效能，然而不管是傳統車廠、新興純電動車廠、Tier 1車廠、通路商、零組件或資通訊系統廠商，都在積極布局與發展自己的解決方案。 未來幾年，相信特斯拉(Tesla)、比亞迪(BYD)與豐田(Toyota)、福斯(Volkswagen)這些新舊車廠間的競爭，到底誰能在下世代交通運具的新局裡取得成功，必然是業界持續關心的話題；然而交通運具牽涉的產業鏈既廣且長，不管是現有龍頭衛冕，或者後進者挑戰成功，在此之前還有更多其他廠商的布局與卡位，並牽動產業面貌的大幅革新，本文特別蒐集部分半導體業者的動態，希望能見微知著藉此洞察未來大勢走向。 電池為電動車技術發展主軸 整個汽車產業未來的投資重心將集中在電動車與自駕車兩大明星，其中電池絕對是最關鍵的部分，所以除了電池芯配方與新材料之外，電池管理系統(Battery Management System, BMS)就是現階段可以協助提升電池利用率的技術，ADI汽車電子事業部策略行銷及業務開發總監Junya Nagai(圖1)提到，要完全耗盡電池堆中的每個鋰電池仍然是一個巨大的挑戰，原因是每個電池的性能不一致，因為溫度環境不同、運作期間性能的變化和降級、準確地感測和監控每個電池單元對於延長容限、實現電動車效率非常重要。 圖1　ADI汽車電子事業部策略行銷及業務開發總監Junya Nagai提到，每個電池的性能不一致，準確地感測和監控每個電池單元非常重要。 該公司一項稱為主動平衡器的技術，將解決電池性能不一致的問題，以提升充電及放電性能；另外，其ASIL-D等級、精確電池監控元件和主動平衡器能夠提升充電和放電性能並延長電池使用壽命，以滿足重複使用(Reuse)市場的需求。另外，致茂電子提供BMS功能驗證的自動測試系統、電池包實驗室測試方案與生產線電池包下線測試等方案。 致茂電子電力電子量測系統產品部副課長林信宏(圖2)表示，在BMS功能驗證的自動測試系統提供檢測電池芯監控線路(CSC)的功能，提供87001電池芯模擬器解決電池芯監控線路驗證的困擾，87001電池芯模擬器可精準模擬鋰離子電池芯，於可靠安全的環境下取代電池芯，測試電池監控線路，藉以模擬電池芯可吸收和提供能量的電源特性；同時具備電壓和電流的量測監控能力驗證主被動均衡線路與消耗電流，確保電池芯監控線路能準確量測到並處理電池芯電壓狀態變化；測試系統具備檢驗電池管理單元(BMU)上絕緣電阻異常偵測線路的作動情形，模擬絕緣電阻異常狀態，驗證異常時BMS所進行確保人員安全的對策是否有效。 圖2　致茂電子電力電子量測系統產品部副課長林信宏表示，行車電腦模擬，需要建立讓電池包與行車電腦連接的模擬環境，以讓電池包順利工作。 電池包實驗室測試方案主要目的在創造模擬電池包實際使用環境，以達到檢驗電池包效能與安全設計等機制是否達到設計要求，測試設備需要模擬車輛基本的特性，林信宏舉例說明，行車電腦模擬，需要建立讓電池包與行車電腦連接的模擬環境，才能讓電池包順利工作；透過統一診斷服務(Unified Diagnostic Services)對電池包進行控制、讓電池包能夠進入受測狀態；最重要的需要具備行車狀態模擬，達到即時控制電壓、電流、功率模式等要求。 以「過溫降載」的應用為例：當車輛的電池包在使用者操作下，若產生過溫度狀態，行車電腦將限制馬達驅動器的拉載功率，電池包的測試設備就必須具備即時狀態的模擬功能，在測試過程中收到電池包所回傳的BMS溫度訊息判斷是否過溫，將充放電設備輸出功率進行調降，達到降載的狀況；同時間會搭配資料收集器，進行電池包各串電壓與溫度的收集，整個操作過程要確認電池芯能在預定的操作區間使用，不會有電池芯異常(過電壓或過溫度)的使用狀態發生。 而生產線電池包下線測試方案針對高功率電池包(Battery Pack)配置，林信宏解釋，主要目的在確保電池包在各個生產組裝結束後，具備高品質狀態離開電池包生產工廠交貨給下游車廠，故會在生產流程的容許下進行電池包功能的檢測，對整個電池包組裝過程中可能發生的故障、安全問題進行測試驗證，確保產品是安全可靠的，內容包含：電池包連接與生產條碼對應測項確認，電池包軟體版本確認/程式燒錄/讀寫序號/運輸位確認，初始狀態確認後，就進行電氣安規測試，有絕緣阻抗測試與接地短路等安全測試。 隨後BMS功能測試包含：高/低壓繼電器開關功能檢測、風冷/水冷機制測試、錯誤碼診斷、性能測試、出廠總電壓檢測、出廠電池包SOC值檢測、高壓互鎖功能檢測、總成極性判定、總電流檢測、充/放電性能、內阻性能(DCIR)、單電芯電壓範圍、單體溫度範圍、電池包的最大單體壓差等測試項目，完成上述各測試項目的要求，進行全自動化的測試程序，完成產品驗證。 充電設施普及與介面標準化 相較於目前消費者使用電動車所產生的「里程焦慮」，過去ICE車輛在加油站不普及的時代相信也有，因此充電的便利性是電動車發展的關鍵之一，包括快充技術與充電站的基礎建設，這部分是台灣產業可以著墨的領域，然而目前充電連接器的規格並不統一，包括：美國SAE的J1772(CCS1/Type1)、國際電工協會的IEC 62196(CCS2/Type2)、日本的CHAdeMO、中國大陸的GB/T以及Tesla推行的SC(圖3)，而且還在發展當中。 圖3　目前充電方式與形式多樣，不利市場推廣。 而充電形式分為交流(AC)充電與直流(DC)充電，德國萊因(TÜV)商用與工業產品服務部門經理翁文進(圖4)指出，交流充電可使用家中220V電源，電流在32~72A不等，每小時充電量為7.0~15.8度電；直流充電使用380V以上的電壓進行充電，充電功率視電池狀況最高可以達每小時100度電甚至更高，AC充電多安裝於家中，DC充電以戶外充電樁為主，電壓高充電速度快。 圖4　德國萊因商用與工業產品服務部門經理翁文進指出，AC充電多安裝於家中，DC充電戶外充電樁為主，電壓高充電速度快。 為了確保車主可以安全無虞且有效率的使用充電設備，安裝的保護零件選用也是一個重點，像是防雷元件、過電流保護器、漏電斷路器、接地保護等，與安全保護都息息相關。翁文進特別提醒，幾個常見的安裝現場差異如：使用漏電斷路器，國際電工法規定在電動汽車充電系統中(IEC 61851-1)必須使用電流跳脫特性為Type A型，可針對交流及直流脈衝進行偵測跳脫，比原本在台灣市場CNS 5422認可的Type AC型有著更高的保護能力。 另外，當使用接地保護時，為確保接地連續性，在短路或電擊危險發生時，可以藉著阻抗匹配將電流導引至地面以保護人員操作安全。翁文進說明，在電工法規的建議是使用螺絲(栓)、彈簧華司、端子、華司、螺帽進行鎖固連接，同時也確保充電程序過程持續的進行。台灣夏季氣候多雷雨，為防止落雷對充電站系統以及電力設施的損壞，防雷元件的正確選用不可少，一方面免於設備遭雷擊而失去功能，也增加人員車輛使用充電站時的安全。 SiC功率元件將大量導入 現在主流的電動車電池組由96串4.2V的電池包串聯組成，總電壓約400V，為了提升電池的傳輸效率並串聯更多電池組，電池系統有往更高壓發展的趨勢，Nagai解釋，電動車傳動系統需要更高電壓、高電流切換開關元件。IGBT是目前常用的一種。當檢視提高逆變器效率和減少動力傳動系統重量和尺寸，以提高每加侖密度的挑戰時，寬能隙的碳化矽(SiC)切換開關元件備受矚目。不過，基於SiC的缺陷密度和晶圓尺寸仍與Si不相容，因此成本仍然是其採用的挑戰。 馬達可以說是電動車的心臟，英飛凌大中華區汽車電子事業處市場經理朱文斌指出，電動車馬達主要是使用MCU、Gate driver、IGBT模組等核心元件。現階段馬達控制技術已經比較成熟，透過第三代半導體SiC功率模組的性能提升，將是提升馬達系統整體效率的重要關鍵。對於電機驅動，SiC能在目前IGBT的基礎上，提升效率5~10%，碳化矽的100K開關頻率有助於實現電動車的高壓快充。 電動車的充放電和機電轉換主要是靠功率半導體來完成，包括IGBT和MOSFET，一個是把電能轉化為機械能，比如馬達的機電轉化，或者把機械能轉為電能，比如電量回收。另一個功能是把電能從一個地方轉移到另一個地方，比如用車載充電器充電，就是把市電轉移到電池上。ST亞太區功率元件技術行銷專案經理陳文聰(圖5)說，從矽IGBT元件改成SiC MOSFET元件，平均可協助電動車提升4%的行駛里程，也具有高速、耐高壓、耐高溫、小型化以及低開關損耗等功能，能提升車載充電機、車載電源、主變頻器的效率。 圖5　ST亞太區功率元件技術行銷專案經理陳文聰說，從矽IGBT元件改成SiC MOSFET元件，平均可協助電動車提升4%的行駛里程。 包括PCB在內的高溫等級周邊零組件仍然非常昂貴，這也影響了SiC的另一個優點，即高溫耐受能力，其能大幅降低逆變器冷卻系統成本。陳文聰表示，目前SiC的價格相較傳統的矽功率元件還有一倍左右的價差，另外元件耐用度也是另外一個重點，汽車產業前幾年花費很多時間評估SiC的耐用性，由於電動車內部需要電能轉換的部分非常多(圖6)，像牽引逆變器(Traction Inverter)這類與馬達控制關係較高的元件會優先導入，2019年預計是電動車SiC起飛的時間，未來將廣泛應用在電動車的馬達控制與電控系統。 圖6　未來電動車系統將導入越來越多SiC功率元件。 資料來源：ST 另外，ADI強調其強固和可靠的隔離技術，以確保低壓系統和高壓之間不存在干擾。Nagai說明，該公司專注於IGBT、SiC智慧驅動器、整合隔離和電源技術，除了提供精小外型和強固的EMC/EMI功能外，同時更可降低系統成本。此外，ADI還為馬達定位感測提供高精度角度感測器，以便有效地驅動馬達。 掌握車輛電動化與智慧化契機 車輛電動化與智慧化將同步進行，恩智浦半導體大中華區汽車電子市場經理周翔認為，要提高車輛的運算能力，才能實現潛在的二氧化碳減排。從對傳動系統的精確、即時控制，到數學密集型能量優化策略，再加上車上不同電源的定時精確同步，可透過階梯式功能提高來實現可用的計算性能。因此，恩智浦發布下一代混合動力和全電動汽車的GreenBox開發平台。GreenBox允許汽車製造商和供應商在基於Arm Cortex架構的汽車處理多核平台上開發下一代混合動力和電動汽車應用。 GreenBox電氣化開發平台用於在真實的使用者環境中開發控制演算法並對其進行測試。隨著全球對排放的監管限制不斷增加，燃油經濟性目標也越來越嚴格，傳統汽車製造商和新的市場進入者都需要開發工具來快速設計電動和混合動力汽車。GreenBox為HEV/EV設計提供了一條簡單的即用開發路徑，該設計將使用2019才會問世的最新款S32電氣化MCU。 總結目前新能源汽車發展狀況，電動車市場進入推廣末期、普及初期，電動車電池占電動車成本比例需從30%~50%進一步下降，觀察近期Tesla大幅降價與其平價S3車款量產已上軌道，同時Toyota的油電混合車售價已經越來越貼近ICE車輛，電池的成本不再高不可攀。另外充電樁的普及與規格的統一/簡化也須持續推動，現階段混亂的現況可望慢慢改善。 車輛最重要的就是安全，電池包安全設計是無可妥協的重點，電池芯電壓狀態監測，避免過充電狀態產生，電池包在正常狀態使用下或是碰撞後的高壓安規監測都相當重要，避免危害人身安全；電池管理系統與電池包依照使用者的角度，在出貨前或是入料前檢驗都必須做嚴格控管，從原物料的入料檢驗、電池管理系統的功能檢驗、電池模組的組裝品質檢驗、電池包的功能檢驗都必須具備。 上述發展重點有許多要依靠半導體元件的控制與轉換功能，才能精準地達到技術要求並改善現有的諸多問題，因此電動車中半導體元件使用的數量將會持續增加，每輛車成本中半導體元件成本比重也相對提升，挑選有潛力的系統/技術投入，台灣的資通訊、精密機械或汽車零組件產業，依靠過去深厚的基礎，有機會進一步提升，並找到下一個百年的成長契機。

貿澤電子(Mouser Electronics)即日起開始供應Texas Instruments(TI)的LMG3410R070 600V 70 mΩ氮化鎵(GaN)功率級產品。LMG3410R070具有超低的輸入與輸出電容，支援高功率密度之電動馬達應用的新型態需求，適合的應用包括工業型與消費型的電源供應器。高效能GaN功率級支援的電流、溫度、電壓和切換頻率皆比矽電晶體更高，同時還可減少多達80%的切換耗損。 貿澤電子所供應的TI LMG3410R070 GaN功率級內建整合式閘極驅動器，具備穩定可靠的保護功能，可提供比矽MOSFET和絕緣閘雙極電晶體(IGBT)更為出色的效能。裝置具有零共源電感、25~100V/ns可由使用者調整的旋轉率，以及適合mHZ作業的20ns傳播延遲。這款穩定的IC具備過電流保護，支援超過150V/ns旋轉率的抗擾性、過熱保護及瞬態過電壓抗擾性，且所有供電軌皆具備過電壓鎖定保護。LMG3410R070功率級採用尺寸小巧的8mm×8mm QFN封裝，無需外部保護元件，對於簡化設計和布局流程很有幫助。 高效能的LMG3410R070很適合搭配KEMET Electronics的KC-LINK表面黏著電容器運作。KC-LINK電容器經過特別設計，具有極低的有效串聯電阻和熱阻，有助裝置承受高頻、高電壓DC連結應用的應力，符合TI LMG3410R070 IC等快速切換半導體的需求。 TI LMG3410R070功率級提供了優異的功率密度，有助於實作Totem Pole PFC之類的高效拓撲，幫助電源供應器縮小多達50%的尺寸。LMG3410R070 IC適合的應用包括多級轉換器、太陽能逆變器、高電壓電池充電器和不斷電系統。

英飛凌科技針對感應加熱應用推出TRENCHSTOP Feature IGBT保護型系列產品。相較於標準RC-H5逆導IGBT，新款產品整合了邏輯功能與專用驅動IC，可在單一裝置中提供多種可編程的保護功能。保護型F系列產品採用單端拓樸結構，可在所有感應加熱應用中減輕設計與編程工作量，確保更高的系統可靠性。 快速成長的感應加熱系統市場需要更高的效能及可靠性，以保護品牌聲譽免受任何故障影響。為此，TRENCHSTOP Feature IGBT保護型系列利用業界最佳的IGBT效能及其主要參數阻斷電壓、靜態損耗及導通損耗，此外，也整合了過電壓、過電流及過溫保護功能。結合此項功能與額外的診斷功能，新產品的可靠性將不受微處理器(MCU)的影響，設計人員將可以選擇整合較初階的MCU，以降低複雜性和成本。 TRENCHSTOP Feature IGBT保護型系列結合了20 A/1350 V RC-H5 IGBT與保護閘極驅動IC。IGBT和驅動器整合成單一TO-247 6針腳封裝，並採用與標準TO-247 3針腳與4針腳封裝相同的尺寸和單一螺絲孔。額外的腳位可提供額外的功能，例如獨特的主動式箝位控制、故障狀況通知，以及特殊的兩段式導通閘極驅動電流。過電壓和過電流的閾值可透過編程滿足客戶的需求。

全球能源需求持續成長，推動因素包括工業、交通運輸及民用的電氣化，以及用電設備數量的增長，因此也提升了對於高效率功率半導體的需求。這些半導體用於發電、輸電及用電的所有環境，能夠有效率地管理設備、機器與系統。產業分析機構IHS Markit的報告指出英飛凌科技股份有限公司為2017年全球功率半導體市場的領導廠商。 在包括功率IC的整體市場中，英飛凌不僅保持領先地位，並實現業界最大的自然成長(Organic Growth)。在分離式元件與模組的子市場中，英飛凌已連續15年蟬聯市場龍頭殊榮，不但市占率再獲提升，其規模超越第二名廠商的一倍以上。在分離式IGBT市場中，英飛凌則是第二名廠商規模的三倍之多。英飛凌在IPM領域獲得大幅成長：英飛凌的市占率增加1.4%，優於所有競爭廠商。此外，英飛凌高達39.2%的成長速度比市場成長率(20.1%)高出近兩倍。 功率半導體可協助風力發電與光電系統有效率地發電及轉換電力，也讓家電、筆電、資料中心及其他應用的用電效率大幅提升。如此可節省能源，也確保能源供應的永續性。

碳化矽(SiC)和氮化鎵(GaN)正在推動新的電源封裝解決方案發展，市場研究組織Yole Développement表示，SiC技術逐步成為滿足工業要求的重要解決方案，市場估計2017年至2023年的複合年成長率(CAGR)達到29%。電源模組封裝材料產業在2017~2023年的CAGR為8.2%，產業規模將從12億美元成長到19億美元。 除半導體產業外，EV/HEV產業對高功率密度和機電整合的需求也以專用封裝解決方案推動了許多電力電子創新。在不斷創新的過程中，有兩個主要技術趨勢，用於混合動力汽車的超模壓雙側冷卻模組和用於電動車的帶有針翅式底板的單側冷卻模組。 事實上，2017年是IGBT功率模組市場令人印象深刻的一年，2018年又更上一層樓，上半年成長超過20%。主要原因是EV/HEV產業的推動，特別是在中國。因此，整個電源模組市場預計在2023年將超過55億美元。  

半導體供應商意法半導體(STMicroelectronics, ST)的STGAP2S單路隔離柵極驅動器提供26V的最大柵極驅動輸出電壓，能讓使用者選擇獨立的導通/關斷輸出或內部主動米勒鉗位功能，其可使用於各種開關拓撲控制碳化矽(SiC)或矽MOSFET和IGBT功率電晶體。 STGAP2SCM配備一個主動米勒鉗位專用腳位，提供一個防止半橋架構意外導通的簡便解決方案。在MOSFET關斷狀態時，該腳位可將MOSFET柵極電壓限制在隔離接地電壓，直到下一個真正的導通訊號出現為止。 STGAP2SM具有獨立的導通/關斷輸出，可搭配兩個外部柵極電阻來優化電晶體開關性能。 全系列STGAP2S驅動器標配4A Rail-to-Rail輸出，即使驅動大功率逆變器，也能確保開關操作迅速、高效。輸入到輸出傳播延遲在80ns以內，在高開關頻率下也能達到PWM精確的控制，滿足SiC元件的驅動要求。出色的抗dV/dt共模瞬變干擾能力，使其能夠防止耗能的雜散開關操作。 元件內建1700V電隔離功能，可以降低消費或工業用馬達驅動器、600V或1200V變頻器、DC/DC轉換器、充電器、電焊機、感應爐、不斷電供應系統(Uninterruptible Power Supply, UPS)和功率因數校正(Power-Factor Correction, PFC)控制器的物料成本。 這些產品整合全面的保護功能，其中，欠壓鎖定(Under-Voltage Lockout, UVLO)可在電源電壓過低時保護電源開關。此外，過熱保護和硬體互鎖可以防止半橋電路中的高/低邊交叉導通；待機模式可在節省電源的同時將輸出保持在安全狀態。