电动汽车系统中的电力电子技术().doc

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1、.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（handcrank）。到196

2、0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

3、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60VPowerTrenchRMOSFET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（powersteering）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..30/40VMOSFET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

4、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(IntegratedStarterGenerator,ISG)和牵引马达逆变器(tractionmotorinverter)来处理5至120W或更高功率。快捷半导体的PowerTrenchMOSFET、场截止IGBT(field-stopIGBT)、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

5、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(glowplug)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(FET)，具有一个内部电源、电流受控输入、带负载电流感测的诊断回馈功能以及嵌入式

6、保护功能。功率级(powerstage)、控制、驱动以及保护电路是采用芯片堆栈(chip-on-chip)和芯片并排(chip-by-chip)技术整合而成的。..图1智能MOSFET的方块图。SPD的主要目标是取代汽车继电器和熔断器(fuse)。藉由智慧功率开关，而可以将开关和保护功能结合在单一芯片中。图2.智能点火系统。因此，从整体的成本角度来看，SPD可以提供较继电器和熔断器(fuse)更便宜的解决方案。除了保护功能外，SPD具有减少线束(wiringharness)，加入诊断功能和实现脉宽调变的更多优势，所

7、以，SPD不仅能够保护自身，还能保护与其相连的负载和邻近的组件。..图3.车灯控制系统。依照应用系统的需求，可以使用带有一些外部组件的应用电路来维持系统正确地运作。B．离散式功率组件(DC-DC转换器)目前，我们环境所面临到的一项最具有急迫性的问题，就是作为运输主要能源之一的碳氢化合物燃烧所产生的污染。混合动力车(HEV)和电动车(EV)正逐渐成为“绿色”运输的替代性动力传动系统。这些车辆不仅率涉到牵引部件，而且推动了电能转换的新应用。混合动力车辆内的一种关键模块便是用于电气负载辅助电源的DC/DC转换器，因为HE

8、V和EV仍然使用头/尾灯、加热风扇以及音频系统等辅助负载。该转换器必须具有处理从高电压转换至12V电压的能力。图4.HEV/EV电气负载需要能量转换。..因此，应用工程师们将注意力集中在HEV和EV系统中的MOSFET和IGBT等高电压功率组件上。有几种方法可用来控制从高电压到低电压的能量转换。通常使用高电压和低电压之间隔离的全桥和相移(phaseshift