ROHM的RGS系列是符合AEC-Q101標準、且具有1200V 和650V寬耐壓范圍的IGBT產品。該系列具有更低的傳導損耗，有助于提高應用產品的效率并實現小型化，是電動壓縮機的逆變器和高壓加熱器的更佳選擇。

前言

與使用內燃機的傳統汽車相比，電動汽車的能效要高得多，但這也帶來一個問題：來自電機的廢熱不再足以滿足車內的取暖需求。要想滿足取暖需求，必須將電池中存儲的部分電能轉換為熱能。為了實現不依賴于工作溫度或電池電壓的可調加熱功率，在新一代高壓加熱器中使用了功率半導體，來控制從電池到加熱元件的能量流。由加熱元件加熱冷媒，并通過熱交換器將冷媒輸送到車輛的空調系統中，最后由鼓風機將暖風輸送到車內。參見圖1原理圖。

圖1.電動汽車中高壓加熱器的工作模式

普通的電動汽車需要5kW~7kW的加熱功率來滿足取暖所需。如果汽車的加熱系統僅通過負載電阻（加熱元件）進行加熱，則該功率范圍會相應地縮小。但是，也有一些加熱系統不僅僅依靠電阻來發熱，而是使用了熱泵原理：通過外部提供能量的方式將熱能從冷源（環境）傳遞到熱源（車內）。熱泵的能量平衡性優于負載電阻加熱的方式，并且對功率范圍的影響較小。然而，使用這種加熱系統時，造車成本會增加，并且其實用性取決于環境溫度。在冬季非常寒冷的地區，這種系統無法產生足夠的熱量，在這些地方，傳統的電阻加熱器是必不可少的。

加熱系統不僅能夠確保乘坐者的舒適性，還具有重要的安全功能。例如，為車窗除霜或進行車內除濕，從而使駕駛員可以清晰地看到外面的路況。電池需要一定的工作溫度，而加熱器可以確保電池始終處于正常的工作溫度范圍內。如果出現高壓峰值，加熱器還可以充當放電電阻；如果汽車電氣系統的電壓異常升高，則該系統能夠吸收異常能量，從而限制過電壓的程度。這些功能可以保護電池以及與汽車電氣系統相連接的其他系統。

簡易的電阻加熱器如圖2所示。開關的占空比可調，能夠使功率輸出始終與設定值匹配。幾個（通常是兩個或三個）加熱支路并聯，以更好地進行熱量分散。為了在發生故障時能夠安全地關斷加熱系統，需要配置安全開關，并在正常運行期間確保安全開關始終處于接通狀態。如果發生故障，這些開關將關斷，從而斷開加熱元件與車輛的高壓電氣系統的連接。

圖2.具有兩個加熱元件的高壓加熱器的基本電路

ROHM的RGS IGBT產品系列符合AEC-Q101標準

該案例中使用的斷路器只有IGBT。這種IGBT技術在大電流條件下具有非常好的傳導特性。雖然與MOSFET相比開關損耗較高，但基本可以忽略，因為開關頻率通常在幾十赫茲（兩位數）至幾千赫茲的范圍之間。此外，產品陣容中包括650V和1200V兩種電壓級，都是普通加熱系統中常用的電壓級。表1中列出了ROHM提供的符合AEC-Q101標準的分立封裝RGS系列IGBT，非常適用于這類應用。這些IGBT具有非常高的可靠性，能夠滿足加熱器的典型要求，下面進一步進行詳細介紹。

表1ROHM IGBT RGS系列的產品陣容

大多數為400V電池設計的系統通常使用650V的IGBT。然而，近年來，為了提高加熱器的耐壓能力，越來越傾向于使用1200V的解決方案。如果從電池到加熱器的電源突然中斷，則汽車電氣系統中的線路會產生明顯的過電壓，甚至可能會損壞開關。因此，可以利用功率半導體具有較高的擊穿電壓這一特性來防止加熱器損壞。1200V IGBT支持800V的電池系統，并且可以通過串聯的方式來增加過壓負載能力。

該應用的另一個特點是開關速度（dVCE / dt，dIC / dt）。開關速度取決于系統。與其他大部分旨在實現高速開關頻率的應用相反，在該應用案例中，開關速度通常被限制在較低水平。究其原因，一方面是受制于EMC（電磁兼容性）的局限性，另一方面是由于不使用濾波器或盡可能地減少濾波器以節省成本的設計思想。一種簡單的方法是降低IGBT在開關過程中的速度，以減少開關上升沿和下降沿的高次諧波成分。雖然這種解決方案會導致IGBT在開關過程中的損耗增加，但并不需要為此增加任何元器件。可以通過降低開關頻率來補償增加的損耗。開關時間在幾微秒（個位數）的范圍內。在極少數情況下，可以達到十幾微秒（較小的兩位數）的程度。圖3為柵極電阻在千歐范圍內的IGBT導通過程示例。由于是阻性負載，而不是常見的感性負載，因此電壓曲線和電流曲線在開關過程中會交叉。

圖3.具有阻性負載且RG = 1.1kΩ的IGBT（RGS80TSX2DHR）的導通過程

盡管這種處理IGBT的方式對于有經驗的設計人員來說似乎不太常見，但也并不是完全不可行。不過，也不要把開關時間降得太慢。應避免IGBT在每次開關期間出現過大的溫度尖峰，以免損害功率循環能力。另外，極慢的開關時間對于IGBT來說可能也存在風險，因為它在開關過程中會以較低的柵極電壓工作。根據ROHM的經驗，適當減緩開關速度并不會引發問題。憑借從各種項目中獲得并積累的寶貴經驗，ROHM能夠為客戶的評估提供有效的建議，以幫助客戶找到更好的解決方案。

IGBT還有一個不容忽視的特點，即短路耐受能力（確保在出現故障時關斷）。通常，短路檢測需要幾微秒的時間才能做出反應。ROHMRGS系列IGBT中，650V級產品的短路耐受時間為8μs，1200V級產品的短路耐受時間為10μs。出色的短路耐受能力有助于成功地實施故障處理對策。

選擇功率半導體的另一原因是封裝。在該應用案例中，主要使用采用通孔插裝技術（THT）的元器件。將它們連接到外部散熱器，可以輕松地實現冷卻。但是，由于通孔插裝技術需要額外的工序，因此在生產過程中存在其缺點。而采用表面貼裝技術（SMT）的元器件（例如常見的TO-263封裝產品）可以直接與其他元器件焊接在一起，更具成本優勢。盡管該技術必須通過PCB散熱，對散熱的要求更高，但這并不妨礙當今的一些制造商考慮使用該技術。ROHM一直致力于相關研究，以便及時做出反應。目前，正在開發采用SMT技術的產品，不斷地擴充RGS系列IGBT的產品陣容。圖4為ROHM RGS系列IGBT采用的不同封裝規格。

圖4.RGS系列IGBT的封裝陣容

當然，除了IGBT，ROHM的產品群中還有其他很多產品也適用于高壓加熱器。其中包括柵極驅動器IC、分流電阻、比較器、運算放大器和穩壓器。在IGBT領域，ROHM是能夠提供符合AEC-Q101標準的全系列IGBT產品。這些產品采用TO-247封裝，額定電流為30~50A，分是/否內置二極管兩種。此外，還計劃在2020年在RGS系列中新增SMD產品：650V電壓級、TO-263-3L封裝、15~40A、是/否內置二極管的IGBT；產品陣容還將新增采用TO-247封裝、額定電流更大的產品，即650V電壓級、將50A的額定電流提高到75A的產品。豐富的產品陣容將使客戶的選擇范圍更廣，客戶可以根據加熱器的工作條件從中選擇更佳產品。

【關于羅姆（ROHM）】

羅姆（ROHM）成立于1958年，由最初的主要產品-電阻器的生產開始，歷經半個多世紀的發展，已成為全球知名的半導體廠商。羅姆的企業理念是：“我們始終將產品質量放在第一位。無論遇到多大的困難，都將為國內外用戶源源不斷地提供大量優質產品，并為文化的進步與提高作出貢獻”。

羅姆的生產、銷售、研發網絡遍及世界各地。產品涉及多個領域，其中包括IC、分立式元器件、光學元器件、無源元器件、功率元器件、模塊等。在世界電子行業中，羅姆的眾多高品質產品得到了市場的許可和贊許，成為系統IC和先進半導體技術方面的主導企業。

【關于羅姆（ROHM）在中國的業務發展】

銷售網點：最早于1974年成立了羅姆半導體香港有限公司。在1999年成立了羅姆半導體（上海）有限公司， 2006年成立了羅姆半導體（深圳）有限公司，2018年成立了羅姆半導體（北京）有限公司。為了迅速且準確應對不斷擴大的中國市場的要求，羅姆在中國構建了與總部同樣的集開發、銷售、制造于一體的一條龍體制。作為羅姆的特色，積極開展“密切貼近客戶”的銷售活動，力求向客戶提供周到的服務。目前在全國共設有20處銷售網點，其中包括香港、上海、深圳、北京這4家銷售公司以及其16家分公司（分公司：大連、天津、青島、南京、合肥、蘇州、杭州、寧波、西安、武漢、東莞、廣州、廈門、珠海、重慶、福州）。并且，正在逐步擴大分銷網絡。

技術中心：在上海和深圳設有技術中心和QA中心，在北京設有華北技術中心，提供技術和品質支持。技術中心配備精通各類市場的開發和設計支持人員，可以從軟件到硬件以綜合解決方案的形式，針對客戶需求進行技術提案。并且，當產品發生不良情況時，QA中心會在24小時以內對申訴做出答復。

生產基地：1993年在天津（羅姆半導體（中國）有限公司）和大連（羅姆電子大連有限公司）分別建立了生產工廠。在天津進行二極管、LED、激光二極管、LED顯示器和光學傳感器的生產，在大連進行電源模塊、熱敏打印頭、接觸式圖像傳感器、光學傳感器的生產，作為羅姆的主力生產基地，源源不斷地向中國國內外提供高品質產品。

社會貢獻：羅姆還致力于與國內外眾多研究機關和企業加強合作，積極推進產學研聯合的研發活動。2006年與清華大學簽訂了產學聯合框架協議，積極地展開關于電子元器件尖端技術開發的產學聯合。2008年，在清華大學內捐資建設“清華-羅姆電子工程館”，并已于2011年4月竣工。2012年，在清華大學設立了“清華-羅姆聯合研究中心”，從事光學元器件、通信廣播、生物芯片、SiC功率器件應用、非揮發處理器芯片、傳感器和傳感器網絡技術（結構設施健康監測）、人工智能（機器健康檢測）等聯合研究項目。除清華大學之外，羅姆還與國內多家知名高校進行產學合作，不斷結出豐碩成果。

羅姆將以長年不斷積累起來的技術力量和高品質以及可靠性為基礎，通過集開發、生產、銷售為一體的扎實的技術支持、客戶服務體制，與客戶構筑堅實的合作關系，作為扎根中國的企業，為提高客戶產品實力、客戶業務發展以及中國的節能環保事業做出積極貢獻。