高集成轿车功率模块改善轿车电气化规划

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、走线电阻和栅极驱动电路电感，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。