功率電子技術(shù)在汽車系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　本文主要講述了汽車系統(tǒng)中的功率電子技術(shù)。

　　摘要：20世紀初，電子產(chǎn)品就被運用到汽車系統(tǒng)中。此外，在20世紀60年代，隨著固體電子產(chǎn)品的出現(xiàn)，汽車電子因此變得盛行起來。現(xiàn)今存在著幾種推動汽車市場對電子產(chǎn)品的需求，尤其是功率半導體器件需求的趨勢。它們分別是：

　　(1)先進的動力傳動系控制系統(tǒng)提高了燃油經(jīng)濟性，減少了車輛排放。這些系統(tǒng)必須更精確地控制燃燒過程，連續(xù)不斷地提供狀態(tài)檢查，同時在系統(tǒng)需要正常運作所必需的功率和模擬控制功能。飛兆半導體的40V和60V PowerTrench MOSFET器件、高側(cè)開關(guān)以及智能點火產(chǎn)品能夠滿足這些要求。

　　(2)對于乘客舒適性和便利性功能的顯著需求，如座椅加熱和座椅制冷、自動座椅定位、高級照明以及多區(qū)暖通空調(diào)(HVAC)。這些系統(tǒng)應(yīng)用都需要更大的功率和更多的功率管理。飛兆半導體的集成高側(cè)開關(guān)等產(chǎn)品具有高效控制和管理上述功率負載的功能。

　　(3)電動和混合電動推進系統(tǒng)等替代動力傳動系技術(shù)需要顯著增加汽車的功率處理能力，需要能夠處理1kW~40kW的DC/DC轉(zhuǎn)換器等新型汽車電子產(chǎn)品。根據(jù)車輛的結(jié)構(gòu)，需要使用集成化混合動力總成(Integrated Starter Generator, ISG)和牽引馬達逆變器來處理5kW~120kW或更高功率。飛兆半導體的PowerTrench MOSFET、場截止IGBT、智能開關(guān)和柵極驅(qū)動器等通過了汽車產(chǎn)品認證的功率電子產(chǎn)品，采用分立或先進模塊形式提供，為這些先進系統(tǒng)提供了高成本效益解決方案。

　　(4)電動助力轉(zhuǎn)向等成熟的輔助系統(tǒng)正在越來越多地從機械式轉(zhuǎn)向電子式。隨著發(fā)展，這些系統(tǒng)要求更大的電流密度和更低的功率消耗。飛兆半導體的30/40V MOSFET和汽車功率模塊(APM)技術(shù)是提供這些應(yīng)用所需的高效率和高功率密度解決方案的基礎(chǔ)。

　　使用飛兆半導體智能功率和功率技術(shù)的系統(tǒng)

　　1.分立式功率器件(DC-DC轉(zhuǎn)換器)

　　目前，最重要的環(huán)境問題之一就是作為運輸主要能源之一的碳氫化合物燃燒所產(chǎn)生的污染。混合動力車(HEV)和電動車(EV)正逐漸成為“綠色”運輸?shù)奶娲鷦恿鲃酉到y(tǒng)。這些車輛不僅涉及牽引部件，而且推動了電能轉(zhuǎn)換方面的新應(yīng)用?；旌蟿恿囕v內(nèi)的一種關(guān)鍵模塊便是用于電氣負載輔助電源的DC/DC轉(zhuǎn)換器，因為HEV和EV仍然使用頭/尾燈、加熱風扇以及音頻系統(tǒng)等輔助負載。該轉(zhuǎn)換器必須具有處理從高電壓轉(zhuǎn)換至12V電壓的能力，如圖1所示。

　　圖1 HEV/EV電氣負載需要能量轉(zhuǎn)換。

　　因此，應(yīng)用工程師們將注意力集中在HEV和HE系統(tǒng)中的MOSFET和IGBT等高電壓功率器件上。有幾種控制從高電壓到低電壓的能量轉(zhuǎn)換方法。通常使用高電壓和低電壓之間隔離的全橋和移相技術(shù)，這類應(yīng)用中的輔助功率轉(zhuǎn)換器代表著電池組對高壓直流總線的高效管理，根據(jù)電動馬達的功率不同，范圍在200V~800V之間。

　　此外，系統(tǒng)的效率是一個關(guān)鍵特性，并且是設(shè)計選擇的重要參數(shù)。轉(zhuǎn)換器的設(shè)計趨勢是在寬負載條件范圍內(nèi)達到90%或者更高的效率。

　　轉(zhuǎn)換器的可靠性是至關(guān)重要的，因為故障會引起12V電池的泄放，從而造成所有靠電池電力驅(qū)動的附件的故障。另一方面，不能忽略效率和電磁兼容(EMC)問題。因此，有源箝位等軟開關(guān)和能量回收技術(shù)非常有益。