电动汽车系统中的电力电子技术.pdf

. 汽车系统中的电力电子技术 汽车系统， 诸如引擎控制、车身控制、照明以及车辆动力学等经过了数年的发展， 改善了驾 驶性能、舒适程度和燃油的经济性。 1997 年，平均每辆车中所采用的电子产品大约为 110 美元。到 2001 年，这一数字已增加到 1800 美元，预计到 2015 年它将达到车辆价值的 30%。 汽车系统中所采用的模拟和功率管理功能愈来愈多， 为了响应此一趋势， 快捷半导体将不断 地开发出创新型的产品，以满足市场的需求。 历史回顾 汽车中使用电子产品的时间可追溯到 20 世纪初，当时厂商以电动启动器来取代手摇曲柄 （hand crank ）。到 1960 年代，随着固态电子产品的出现，汽车电子开始盛行起来。现今， 我们观察到有几股趋势正在推动着汽车市场对电子产品的需求， 尤其是对功率半导体组件的 需求。这些趋势包含： （1）乘客对于舒适性和便利性功能的显著需求，例如：座椅加热和冷却，自动座椅定位， 先进的照明功能以及多区的暖通空调 (HVAC)。这些系统对电力提供和电源管理的需求明显地 大幅增加。快捷半导体的整合式高侧开关等产品具有高效控制和管理上述功率负载的功能。 （2 ） 先进的动力传动控制系统提高了燃油经济性， 减少了车辆排放的废气。 这些系统必须 更精确地控制燃烧过程， 连续且不间断地提供状态检查， 同时需要使用中的电力提供和电源 管理，及维持正常运作所需的电力和模拟控制功能。 快捷半导体的 40V 和 60V PowerTrenchR MOSFET组件，高侧开关以及智能点火产品能够满足这些要求。 （3 ） 越来越多原本采用机械式的动力转向（ power steering ）等成熟的辅助系统，转而采 用电子式设计。随着发展，这些系统要求更大的电流密度和更低的功耗。快捷半导体的 30/40V MOSFET 和汽车功率模块 (APM)技术是提供这些应用所需的高效率和高功率密度解决 方案的基础。 （4 ） 替代性动力传动技术， 如纯电动和油电混合推进系统等， 需要大幅地提升汽车的电力 处理能力，因而这些替代技术就需要能够处理 1 到 40kW的 DC/DC转换器等新型汽车电子产 品。根据车辆的结构，需要使用整合式启动发电机 (Integrated Starter Generator, ISG) 和牵引马达逆变器 (tractionmotor inverter) 来处理 5 至 120W或更高功率。 快捷半导体的 PowerTrench MOSFET、场截止 IGBT(field-stop IGBT) 、智慧开关和闸极驱动 器等通过汽车产品认证的电力电子产品， 可以以独立的离散组件或先进的模块形式供货， 为 这些先进系统提供了一个具有成本效益的解决方案。 使用快捷半导体智能功率组件和电力技术的系统 A. 汽车照明 为了处理系统性和随机性的故障，原本是机械式的开关和继电器正逐渐被离散的 MOSFET、 智能 MOSFET以及 IGBT 等电子组件所取代，以控制车灯、柴油车预热塞 (glow plug) 系统、 点火系统以及马达。智能功率组件 (SPD)可以在消除机械噪声和燃弧 (arching)_ 的同时提高 质量和可靠性。 . . 图 1 所示的智能功率组件是一款 N 沟道功率场效应晶体管