使用功率模块改进汽车电气化

1、使用功率模块改进汽车电气化 很少有其它应用场所和车辆行驶环境一样，对各种元器件的要求异样严苛，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、牢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濒临超过100的环境温度，以及高冲击和振动负载，并且还会接触到石油产品和盐水、喷雾等全部这些都要求提供150 a或更高的电机相，同时还要求损耗能够达到最小。第二，创造成本、尺寸大小和分量也是需要考虑的另一个因素，因此针对特别设计查找合适的组件就显得尤为重要。目前，浮现了一种趋势有助于汽车设计师改进电气化，即日益普遍采纳的高度集成汽车功率模块(apm，automotive p

2、ower modules)，此类模块能够以较小的尺寸提供较高的功率密度，本文将重点探讨apm功率模块在提高汽车电气性能的同时，使设计更为紧凑的实现方式。apm功率模块的构成普通来说，apm汽车功率模块通常在单个紧凑封装中集成了所有功能所需的器件，这很简单在设计中实现。例如，的ftco3v455a1就是一款符合汽车应用要求的功率级模块，它可提供三相逆变器的全部功能，包括六个提供高电流、高效率操作的mosfet。该模块中还集成了从电池到地的rc缓冲，紧密耦合到mosfet桥，以改进emi性能；还包括用于电流感测的0.5 m精密分流，可提供电流反馈，实现电机控制和过流庇护。另外，该汽车功率模块内部还

3、设有一个温度感测ntc，用于监控逆变器的发热烈况。和其他创造商apm模块的设计原理一样，这款功率模块可提供不同的电路组合设计人员可用法apm汽车功率模块代替分立式设计，由此创建出一个尺寸更小、能够提供更高功率密度的系统。在实际应用中，apm功率模块通常被挺直安装在电机外壳表面，允许仅沿模块一侧衔接至信号引脚(1所示)。在所示的电路中，电源线放在模块相反的两侧，用于分别控制和电源接口。这样，pcb上就不需要高电流走线，使得设计实施和生产更为容易。传热式挺直敷铜(dbc)结构在安装表面和电气有源组件之间提供2500vrms电气隔离。电子设计技术网站版权全部，谢绝转载削减机械衔接，提升热性能在用法分

4、立式封装组件开发的逆变器中，如to-263或mo-299封装通常都会有较多的机械接口需要处理，其中包括mosfet封装至pcb、pcb至隔离散热器、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。这些机械接口与系统的热性能紧密相关，而在apm汽车功率模块中，这些大部分的机械接口已整合于apm之中，在许多状况下，要举行的唯一纯机械衔接是从模块到散热片。与安装在pcb或ims上的六个或更多分立式mosfet封装部件相比，通过apm功率模块实现的简化机械接口设计可获得极好的热性能。2所示，它显示出对于逆变器的全部六个mosfet，从结至外壳以及通常从结至散热片的瞬态热阻，结至散热片的热

5、阻体现为采纳30 ?m厚系数为2.1 w/(m-k)的导热材料。采纳这种从散热片到硅的容易堆叠，可获得精彩的热性能，也使得全逆变器可采纳极高功率密度的封装。例如，图2所用法的apm功率模块其尺寸为29x44x5mm，可构成约400 ml总容量的极紧凑逆变器组件，包括、直流链路组件、控制pcb、散热片和等。其它性能优势采纳分立式解决计划，载流量简单受到引线框架和ims走线厚度的限制。而用法单封装的apm功率模块可显著增加载流量。 此外，分立式解决计划还有较高的总逆变器电阻、逆变器、走线电阻和栅极驱动电路电感，以及更高的热阻(结-散热片)。为此，全部这些性能特性通过将分立式解决计划替换为apm功率模块而得到改进。另一方面，更好的特性也是用法apm功率模块的另一个缘由。采纳这种模块可以更轻松地隔离功率和信号引脚，实现更低的电感并逼近rc滤波，同时，用法apm功率模块还可以提供更高的扭矩输出，由此将电动系统的应用领域扩大至重型车辆。结论apm功率模块可用于各种子系统，尤其适用于电控助力转向、油和水泵，以及冷却风扇应用中。汽车电子设计工程师充分利用现成的apm功率模块，将能够更好地实现汽车子系统的功能。apm功率模块以更小的尺寸达到更高的功率密度，并且