二氧化碳傳感器、能源和汽車應用的功率器件、智能門鎖的系統級方案......不久前,在2021深圳國際電子展期間,英飛凌展示了該公司多項技術在多元化應用中的亮點。在現場,英飛凌的工作人員向與非網詳細介紹了這些技術和產品。


二氧化碳傳感器


這是英飛凌XENSIV系列下的氣體傳感器,采用最新的光聲光譜技術。傳感器內部給出特定脈沖頻率和波長的紅外光,二氧化碳分子吸收光束后并在光聲效應下,信號被聲監測器拾取,與光聲換能器(包括探測器、紅外光源和光學濾波器)集成在一塊PCB上。信號被聲監測器拾取,轉換為電信號經過處理后,直接輸出二氧化碳濃度信息。具有體積小,精度高和易于集成的特性。英飛凌提供整套的評估套件,通過主板USB連接電腦,配合圖形化界面軟件,可以實時看到PPM值和環境中CO2濃度。

 

二氧化碳傳感器


該方案適用于智能家居中的室內空氣質量監控場景,如空調的智能新風功能、可提醒開窗通風的智能音箱等。也適用于智慧農業,如在大棚內密閉的環境中實時監測二氧化碳的濃度,提高植物生長效率??梢詫⒃搨鞲衅餮b在燈具中,或裝在單獨的二氧化碳吸罐上。


據悉,目前國內市場上,同類產品只有兩家可以提供。


汽車主驅逆變器功率模塊


基于硅的HybridPACKTM系列IGBT功率模塊以及SiC模塊展示了英飛凌的核心技術。本次展會展示了HybridPACKTM系列的多個版本,實現了電壓及功率等級拓展性的最大化,涵蓋了750V/660A-950A的IGBT模塊以及1200 V/2.75mohm的SiC模塊。

 

HybridPACKTM系列


SiC模塊方面,英飛凌展示了該公司第一代的1200V/2.75mohm產品。

 

SiC模塊


英飛凌工作人員表示,雖然目前電動汽車采用硅器件居多,但SiC的使用已經增長,很多知名的汽車廠商都已開始采用,包括國內的廠商。在展臺現場,英飛凌展示了采用該公司功率器件技術的純電動車廠小鵬的一款車。


光伏逆變器功率模塊


在光伏領域,英飛凌展示了從發電側、輸配電側到用電側的完整的IGBT產品線。在發電側主要是用于集中式NPC拓撲太陽能發電站1.5 MW機組的1500V的模塊,通過組串式的ANPC拓撲——三個模塊組成一個逆變器——功率可以做到約225kW。

 

光伏逆變器功率模塊


在輸配電側,主要是帶內置二極管的2000A的模塊(另有3000A不帶內置二極管的模塊)。英飛凌工作人員表示,因為太陽能發電一般都在偏遠地區,如何把電以高性價比方式實現遠距離的輸送,是一個很關鍵的問題。這需要柔性直流輸電,而柔性直流輸電的換流閥就需要平面式的高壓大電流的壓接模塊,針對這個應用,英飛凌設計了相關產品。


在用電側,英飛凌通過其客戶匯川的兩個伺服驅動器展示了該公司新一代IGBT模塊的使用效果——采用新一代IGBT7模塊的設備,體積比上一代的產品要小39%。另外,英飛凌還展示了IPM(智能功率模塊)產品,采用了SiC MOS。


燃料電池系統功率模塊


英飛凌展示的這臺92KW的燃料電池系統,包含幾組電機,其驅動需要大功率模塊。

 

燃料電池系統功率模塊


據英飛凌工作人員介紹,首先,氫氣和氧氣在燃料電池堆進行反應后輸出電。由于負載變化會造成輸出電壓不穩,所以需要一個全功率的DCDC轉換器做穩壓和升壓,才能給變流器用。


其次,燃料電池本身工作,還需要其他一些輔助的動力單元。純氫進入電池后,還需要匹配氧氣。而空氣中氧氣的含量只有16%左右,需要大量的空氣,因此需要一個高速的空氣壓縮機,轉速達十萬轉以上,功率要30、35KW,非常復雜,需要高效的驅動。

 

全功率的DCDC轉換器


這個環節還有一個過程,就是在反應過程當中沒有用完的氫,需要一個循環泵,把用不完的氫再送回到電池輸入口。由于氫和氧反應生成水,所以剩余的氫里面含水,且會結冰,堵塞循環泵,因此需要一個大功率破冰電機,需采用IGBT功率器件,能承受特別大的電流。但又由于這類器件發熱量大(95度水溫,加上自熱,器件工作環境非常惡劣),需要通過水來冷卻,因此需要一個水泵,這里需要一個IGBT來驅動電機。

 

IGBT來驅動電機


在上述電源、空氣壓縮機的DCDC轉換應用中,需要高頻特性,采用SiC MOS管可以提供更好的效率,因此目前燃料電池這個部分的設計,SiC是唯一的方案。英飛凌工作人員表示,除了燃料電池內部的幾個電機系統,氫在儲運過程需要氫泵進行壓縮,英飛凌提供氫泵電機驅動IGBT模塊,功率有30KW 和55KW,帶整流橋和逆變橋,提供多種封裝。

 

氫泵電機驅動IGBT模塊


目前,全國氫燃料電池汽車只有2700輛,主要是公共交通,今年政策規劃上萬,相關政策也到位,預計市場發展會加快,主要增量前景將來自卡車。


單芯片智能門鎖方案


英飛凌展示的這套超級單芯片門鎖方案已經推出市場一段時間了,其主要特點是高集成度、高安全性、低功耗以及方案成熟。據英飛凌工作人員介紹,傳統的智能門鎖方案需要五六顆芯片來滿足藍牙、語音提示、觸摸控制、指紋識別、邏輯管理等功能的需求,而英飛凌的方案只用了PSoC 6一顆芯片就實現了上述功能。該處理器采用Arm Cortex-M4和M0+雙核架構,其中,M4核集成指紋識別的算法、進行語音提醒真人發聲的語音處理;M0負責藍牙、觸摸、RFID刷卡和開門控制等邏輯控制。

 

單芯片智能門鎖方案


門鎖智能化的一個路徑是聯網。PSoC 6內置藍牙,可以與藍牙網關連接后實現與云連接,可以實現遠程開門,或跟貓眼搭配實現遠程訪客的實時視頻,人臉識別開門等功能。在英飛凌展示的門鎖方案中,整合了貓眼門禁,采用了超低功耗的CYW43012無線芯片,該芯片集成5G跟2.4G雙頻段WiFi和藍牙,其中5G WiFi可以解決2.4G信道設備過多,影響實時圖象流傳輸的問題。而由于使用了共存技術,WiFi和藍牙共用一根分時天線,因此在2.4G頻段WIFI和藍牙也不會互相影響。


在功耗方面,CYW43012是目前市面上功耗最低的雙頻段WiFi+藍牙的芯片。而由于PSoC 6最早是針對手表手環開發的芯片,所以功耗很低,展會現場演示的這款門鎖兩年多沒有換電池。英飛凌工作人員稱,該方案推出后,整個門鎖市場電池待機壽命的要求被拔高了一個檔次。


門鎖涉及數據鏈路訪問的安全機制,英飛凌提供了比較完善的從數據采集到傳輸,到密碼存儲,再到終端訪問和授權的一整套硬件加密芯片方案,核心是安全芯片Trust M2系列,符合金融級數據加密規格,是目前所有數據加密里面的最高規格。