日益严厉的燃油能效法规和人们对环境影响日益添加的忧虑，意味着车内机械体系正由电气代替品所代替。这支撑供给更高程度的能效和作业功用。例如，直流电机的运用在车载操控体系(除主电机外)的规划中越来越遍及，以便减轻轿车总分量，然后进步燃油经济性。就动力转向体系而言，从液压驱动体系变为电气体系，可进步3%-5%的燃油能效水平。
对车载体系，无刷直流(BLDC)电机正看到更广泛的激增，因为它们供给较有刷和换向器的传统直流电机高得多的可靠性。BLDC电机不只被整合至轿车电动助力转向体系(EPS)中，还被整合至水泵、油泵、燃油泵、散热电扇、暖通空调(HVAC)、座椅电扇等。
车载电机操控的要求及考虑要素
车载电机操控电路的要害要求是高温作业。在150℃的环境温度(Ta)和170℃的结温(Tj)下的作业能力是极其重要的。整个操控电路在苛刻环境中的高可靠性也是需求的。需求运用的分立元件越多，线路板就必须越大，跟着焊接作业量越来越多，在可靠性下降和分量添加的一同，也在采纳削减发热和总本钱的办法时形成困难。下降噪声如电磁搅扰(EMI)也很重要。
如已概述的，BLDC电机在能效、可维护性、运用时间和安全方面优于有刷电机，但也有更重和更高本钱的缺陷(因为BLDC电机包含外部操控电路，需求更大的设备空间)。因此，在要充分利用BLDC电机优势的一同又要减小体系总尺度和分量、下降本钱、增强可靠性、削减发热、下降噪声时存在应战。
智能功率模块用于车载设备
集成先进的功率半导体和外围元件是减小尺度和分量的一种十分有用的办法，以处理当指定BLDC电机用于车载运用时所面对的问题。不同技能和不同形状的半导体元件贴装在绝缘基板上并电性衔接。这种集成有多种形式：从由多个功率器材(如功率MOSFET和IGBT)组成的简略的功率模块，到整合功率器材、驱动电路(预驱动器)、维护电路等等的智能功率模块(IPM)。
一般有两种用于电源模块基板的资料。这些都是适用于大功率的陶瓷基资料和金属基资料(如铝)。因为陶瓷基板与金属片相连(如铜和铝)，大型基板的加工是困难的并有所局限性，而集成可完成。金属基绝缘金属基板技能(IMST)成为处理这问题的办法。IMST是减小尺度和分量的一种有用办法，将不同结构的半导体元件及无源器材和其它部分集成到单个模块中。IMST结构经过运用绝缘层掩盖铝片，将铜箔置于顶层，并在铜箔上蚀刻，使单层布线图画能被自在定制。铝线用作晶体管或IC/LSI裸芯片和铜箔图画之间的电性衔接(即超声波粘合)。较厚的铜箔图画用于大电流运用，较薄的图画用于小电流。铝线的直径根据流经的额定电流和运用这些导线的意图(例如是用作跳线仍是接地线)。当低热电阻优先时绝缘层做得更薄一些，当高压重要时绝缘层做得更厚一些。因为基板是铝， 导热性和导电性本质上是很高的。这支撑处理很多电力，并供给电磁屏蔽功效。
图1. IMST横截面
一般的IPM贴装其组成元件到独自的电路板，因为这结构是点和线互联的结构，无法在这结构内完成多个功用。可是运用IMST结构，电路搭建在电路板上，可容易完成多个功用。
图2.IMST和典型的IPM结构比较
关于电源模块或IPM，许多功率半导体厂商出产相应的方针运用的产品，功率MOSFET/贴装的分立元件数或根底线路板不是一概固定不变的。
用于车载体系的3相BLDC电机计划的比较
为削减车载3相BLDC电机的体系本钱，可运用无方位检测传感器型(简称无传感器型)。一般设备一个功率MOSFETE和一个带微操控器的预驱动器IC，BLDC电机由软件操控。一般均匀有170个元件贴装在印制线路板上。为代替这种状况，运用一个高度集成的IPM、一个运用功率MOSFET的专用操控器、预驱动器和硬逻辑器材，与自维护功用(防短路、过流、操控电源压降和过热)一同可集成到一个模块中，然后成为一个独立的单元。有关噪声可被下降。并且因为无需软件来驱动电机，可缩短规划周期。体系可靠性也明显提高。
图3.BLDC电机驱动器架构
一般状况下，3相BLDC电机比有刷电机更贵。它们也占用更多空间和更重。高密度IPM选用IMST，节约空间，体系本钱也随之下降。例如，安森美半导体的独立无传感器式电机操控IPM如下图所示(参见图4)，包含无传感器方位检测逻辑和电机操控%&&&&&%(序列)、6个功率MOSFET和外围元件。它直接对带同步整流的PWM操控器作出呼应。
图4. 独立的无传感器式电机操控IPM框图
在这特别的IPM示例中，元件数已从一般所需的170个以完成分立结构减至只需5个。这是因为经过运用IMST能集成各种不同的元件。因此，贴装分量可削减60%，占板面积削减85%。当运用这IPM时，不再需求印制基板(支撑完成无PCB)，IPM可置于电机占用面积范围内。
图5.运用PCB的分立计划比较无PCB计划(IPM)
根据IMST的IPM的其它优点
咱们注意到根据IMST的IPM的第一大额定优点是它们供给高精度温度检测。关于分立元件，因为功率晶体管封装和温度检测电路封装相距甚远，导致温度检测时间延迟。运用根据IMST的IPM，因为功率晶体管、供给温度检测的操控电路和维护电路可贴装在同一板上。因此在温度检测中将最大极限减小差错，然后可完成高精度电路作业。
图6.温度检测
根据IMST的IPM的第二大优点是下降噪声。因为下降电机噪声是车载体系的一个重要方面，规划工程师需求尽可能下降噪声。EMI噪声构成规划阶段的一个首要问题。运用根据IMST的IPM，在金属基板的铝片和铜箔之间有一个分布式%&&&&&%经过绝缘树脂。这有用地下降功率器材的开关噪声。其与分立结构的具体比较数据如图7 所示。
图7.开关噪声比较
此外，因为可减小IMST基板上布线和引线键合的寄生电感，经过按捺在开关状况转化期间当高压大电流器材硬开关时发生的高压浪涌，可下降噪声。
图8.高压浪涌
第三大优点在于根据金属的规划的超卓的散热功用。此特点取决于绝缘资料和绝缘层的厚度。较薄的绝缘层可减小热阻抗。图9显现在多个绝缘金属基板上的绝缘层厚度和热阻抗值之间的联系。
图9.热阻抗图
未来的开展
用于当今紧凑经济型轿车和豪华型轿车的电机数量分别为50-60台和100-120台，且估计在2015年这数量将超越每辆车200台。跟着尺度的减小，分量和本钱将因此日益重要，进一步的整合将至关重要。为用于广泛运用，除了仅有预驱动器的模块，这儿介绍的独立的体系级IPM和无需开发电机操控算法的通用平台式计划也是需求的。并且跟着大功率EPS的迅速开展，进一步添加装备现有的功率器材和并联电阻的功率模块密度的技能开发正在进行中。对IPM产品，三大技能开发是要害；包含基板和绝缘资料的封装技能，如引线键合的贴装技能，和功率半导体及操控电路的规划技能。
