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高集成轿车功率模块改善轿车电气化规划

很少有其它应用场所和车辆行驶环境一样,对各种电子元器件的要求异常严苛,它往往意味着如何让用于汽车或卡车的电机设计实现更高的耐用性、可靠性和高效率将成为一项严格的挑战。例如,机架式电动助力转向系统可能会

很少有其它运用场所和车辆行进环境相同,对各种电子元器材的要求反常苛刻,它往往意味着怎么让用于轿车或货车的电机规划完成更高的耐用性、可靠性和高效率将成为一项严厉的应战。例如,机架式电动助力转向体系可能会面对超越100℃的环境温度,以及高冲击和振荡负载,而且还会接触到石油产品和盐水、喷雾等——一切这些都要求供给150 A或更高的电机相电流,一起还要求损耗能够到达最小。其次,制作本钱、尺度巨细和分量也是需求考虑的另一个要素,因而针对特别规划查找适宜的组件就显得尤为重要。

现在,呈现了一种趋势有助于轿车规划师改善电气化,即日益遍及选用的高度集成轿车功率模块APM,Automotive Power Modules),此类模块能够以较小的尺度供给较高的功率密度,本文将要点讨论APM功率模块在进步轿车电气功用的一起,使规划更为紧凑的完成方法。

APM功率模块的构成

一般来说,APM轿车功率模块一般在单个紧凑封装中集成了悉数功用所需的器材,这很简略在规划中完成。例如,飞兆半导体的FTCO3V455A1便是一款契合轿车运用要求的MOSFET逆变器功率级模块,它可供给三相逆变器的一切功用,包含六个供给高电流、高效率操作的MOSFET.该模块中还集成了从电池到地的RC缓冲电路,严密耦合到MOSFET桥,以改善EMI功用;还包含用于电流感测的0.5 毫欧精细分流电阻,可供给电流反应,完成电机操控和过流维护。别的,该轿车功率模块内部还设有一个温度感测NTC,用于监控逆变器的发热状况。和其他制作商APM模块的规划原理相同,这款功率模块可供给不同的电路组合——规划人员可运用APM轿车功率模块替代分立式规划,由此创建出一个尺度更小、能够供给更高功率密度的体系。

在实践运用中,APM功率模块一般被直接装置在电机外壳外表,答应PCB仅沿模块一侧衔接至信号引脚(如图1所示)。


图1:三相逆变器APM轿车功率模块示意图

在所示的电路中,电源线放在模块相反的两边,用于别离操控和电源接口。这样,PCB上就不需求高电流走线,使得规划施行和出产更为简略。传热式直接敷铜(DBC)结构在装置外表和电气有源组件之间供给2500 Vrms电气阻隔。

削减机械衔接,进步热功用

在运用分立式封装组件开发的逆变器中,如TO-263或MO-299封装一般都会有较多的机械接口需求处理,其间包含MOSFET封装至PCB、PCB至阻隔散热器、散热器至散热片,某些状况下还可能有散热片至下一级组件的衔接等。这些机械接口与体系的热功用严密相关,而在APM轿车功率模块中,这些大部分的机械接口已整合于APM之中,在许多状况下,要进行的仅有纯机械衔接是从模块到散热片。

与装置在PCB或IMS上的六个或更多分立式MOSFET封装部件比较,经过APM功率模块完成的简化机械接口规划可获得极好的热功用。如图2所示,它显示出关于逆变器的一切六个MOSFET,从结至外壳以及一般从结至散热片的瞬态热阻,结至散热片的热阻体现为选用30 ?m厚系数为2.1 W/(m-K)的导热资料。

图2: APM轿车功率模块瞬态热阻

选用这种从散热片到硅的简略堆叠,可获得超卓的热功用,也使得全逆变器可选用极高功率密度的封装。例如,图2所运用的APM功率模块其尺度为29x44x5mm,可构成约400 mL总容量的极紧凑逆变器组件,包含继电器、直流链路滤波器组件、操控PCB、散热片和衔接器等。

其它功用优势

选用分立式解决方案,载流量简略遭到引线结构和IMS走线厚度的约束。而运用单封装的APM功率模块可明显增强载流量。此外,分立式解决方案还有较高的总逆变器电阻、逆变器电感、走线电阻和极驱动电路电感,以及更高的热阻(结-散热片)。为此,一切这些功用特性经过将分立式解决方案替换为APM功率模块而得到改善。

另一方面,更好的EMC特性也是运用APM功率模块的另一个原因。选用这种模块能够更轻松地阻隔功率和信号引脚,完成更低的电感并接近RC滤波,一起,运用APM功率模块还能够供给更高的扭矩输出,由此将电动体系的运用领域扩展至重型车辆。

定论

APM功率模块可用于各种轿车电子子体系,特别适用于电控助力转向、油和水泵,以及冷却电扇运用中。轿车电子规划工程师充分利用现成的APM功率模块,将能够更好地完成轿车子体系的电源办理功用。APM功率模块以更小的尺度到达更高的功率密度,而且最大程度地削减了机械衔接,降低了热阻,更为重要的是,与分立式解决方案比较,这种APM功率模块还能够进步轿车电子的各项电气功用。

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