전기차 OBC(차량용 충전기): TOLL 패키지 병렬 설계

IMWTEK UP006N08CT 및 인피니티 Optimos™ 6의 LLC 공명 균일 흐름 및 고주파 효율 돌파

1. 응용 장면과 기술 도전

전기 자동차 차량용 충전기 (OBC) 는 AC 고효율을 고압 직류 전기 (예: 400V/800V) 로 변환해야 하며, LLC 공명 토폴로지의 동기 정류 MOSFET는 다음과 같은 도전에 직면해 있다.

고주파화 수요: 자성 부품의 부피를 줄이기 위해 스위치 주파수를 80-100kHz로 높여야 하지만 고주파는 스위치 손실과 구동 난이도를 증가시킨다.

다중 칩 병렬 균일류: 단일 MOSFET는 > 30A 전류를 담기 어렵고, 여러 개의 병렬 시 기생 매개변수 차이로 인해 전류가 균형을 잃는다.

차량 규격 신뢰성: AEC-Q101 인증을 통과해야 하며, 온도 순환(-40°C~150°C) 및 기계 충격(50G)에 견딜 수 있다.

TOLL(TO-Leadless) 패키지는 낮은 기생 전감(<2nH)과 하단 방열 용접판을 통해 고주파 OBC에 이상적이다.

2. 제품 비교: IMWTEKUP006N08CT vs. 인피니티 Optimos™ 6 BSC010N06LS6

매개변수 IMWTEK UP006N08CT 인피니티 BSC010N06LS6 이점 분석

패키지 TOLL-8 TOLL-8 및 패키지 쌍

전압 등급 80V 60V 80V 800V 배터리 시스템의 여유 요구 사항

RDS(on) @ 10V 0.95m 1.1m 패스스루 손실 13.6% 감소

Qg(total) 32nC 38nC 구동 손실 15.8% 감소

열 저항 R × JA 25 ° C/W 30 ° C/W 동일 전력 소비량에서 결온은 5-7 ° C 낮음

역회복 전하 Qrr 20nC 35nC 사구 시간 손실 42% 감소

3. 실전 테스트: 11kW OBC LLC 공명 모듈 검증

테스트 플랫폼:

입출력: AC 220V/50Hz → DC 800V/14A

토폴로지: 2교차 오류 LLC 공명 + 동기식 정류

스위치 주파수: 80kHz(완전 탑재) / 40kHz(경량 탑재)

발열 조건: 액체 냉각 플레이트(냉각 액체 유량 2L/min, 입구 온도 65 °C)

테스트 항목:

효율 및 온도 상승: 전체 기계 효율 및 MOSFET 결온 분포.

균일 흐름 성능: 4개의 병렬 연결 시 전류 불균형도 (I/I_avg).

EMC 규정 준수: CISPR 25 Class 5 방사 노이즈 테스트.

테스트 결과:

효율성:

IMWTEK UP006N08CT：피크 효율은 96.8%(인피니티 시나리오 95.5%)로 만재 효율 격차는 1.8%로 확대됐다.

손실 분해 (그림 1): IMWTEK의 스위치 손실 (Psw) 은 28%, Qrr 관련 손실은 50% 감소합니다.

균일 스트림 성능:

IMWTEK UP006N08CT：4개를 병렬로 연결할 때 I/I_avg <4% (인피니티 시나리오는 7%) 는 TOLL이 패키지한 대칭 핀 레이아웃 덕분이다.

전류 파형 (그림 2): IMWTEK의 채널별 전류 중첩도는 95% 에 달하며, 인피니온은 기생 전감 차이로 위상 오프셋이 나타난다.

EMC 테스트:

IMWTEK UP006N08CT: 30-100MHz 대역 노이즈가 6dB 미만입니다(인피니티 시나리오는 제한값만 충족).

스펙트럼 대비 (그림 3): IMWTEK의 dV/dt는 20V/ns (경쟁 제품은 35V/ns) 로 억제됩니다.

4. 설계 제안: TOLL 패키지 병렬 균일 흐름 및 열 최적화

균일 흐름 레이아웃 설계:

별 대칭 경로설정 (그림 4): 중심점에서 구동 신호를 끌어내어 각 파이프 게이트 경로의 길이가 <1mm 차이가 나는지 확인합니다.

소스 극 켈빈 감지: 각 MOSFET 전류를 실시간으로 모니터링하는 독립 샘플링 라인 (선가중치 0.5mm) 을 추가합니다.

구동 회로 최적화:

액티브 밀러 클램프 비트: UCC27611 드라이브를 통합하여 밀러 플랫폼 전압 클램프를 2V 이하로 위치시켜 오류 트리거를 방지합니다.

동적 격자선 저항: 경량 부하 시 10º 저항 (소음 감소) 을 사용하고 완전 부하 시 2º (속도 향상) 로 전환합니다.

액체 냉각 냉각 시나리오:

TOLL 하단 용접판은 구리-알루미늄 복합 기판(두께 3mm)으로 직접 용접되며 열저항은 18°C/W까지 내려간다.

러너 설계 (그림 5): 뱀형 러너는 MOSFET 영역을 덮고 <0.2Bar의 압력을 낮추어 국부적인 비등을 피한다.

5. 원가와 신뢰성 분석

BOM 비용:

단일 TOL-80B40 가격은 인피니티 BSC010N06LS6보다 12% 저렴하며 효율 향상으로 액체 냉각 펌프 출력을 줄일 수 있다.

OBC 10만 대 규모로 연간 약 **$300000**의 비용 절감 효과를 제공합니다.

신뢰성 검증:

온도 충격 테스트:-40 ° C에서 125 ° C로 1000 회 순환하고 용접점의 절단력은 > 4kgf (인터넷 비행 시나리오는 3.2kgf로 감소) 를 유지합니다.

내부식 테스트: 85 ° C/85% RH + 3.5% 소금 안개 혼합 테스트를 통해 1000 시간 동안 발을 부식하지 않습니다.

6. 업계 추세와 경쟁 전략

800V 플랫폼이 보급됨에 따라 OBC 전력 밀도 수요는 3kW/L에서 5kW/L로 높아졌다.IMWTEKUP006N08CT는 TOLL 패키징 + 구리 클립 결합 기술을 통해 BYD, 테슬라의 공급망에 진입했다.