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高集成汽车功率模块改进汽车电气化设计

  很少有其它应用场所和车辆行驶环境一样,对各种电子元器件的要求异常严苛,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、可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面临超过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——所有这些都要求提供150 A或更高的电机相电流,同时还要求损耗能够达到最小。其次,制造成本、尺寸大小和重量也是需要考虑的另一个因素,因此针对特殊设计查找合适的组件就显得尤为重要。

  目前,出现了一种趋势有助于汽车设计师改进电气化,即日益普遍采用的高度集成汽车功率模块(APM,Automotive Power 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

  一般来说,APM汽车功率模块通常在单个紧凑封装中集成了全部功能所需的器件,这很容易在设计中实现。FTCO3V455A1就是一款符合汽车应用要求的MOSFET逆变器功率级模块,它可提供三相逆变器的所有功能,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缓冲电路,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?精密分流电阻,可提供电流反馈,实现电机控制和过流保护。另外,该汽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情况。和其他制造商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——设计人员可使用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功率模块通常被直接安装在电机外壳表面,允许PCB仅沿模块一侧连接至信号引脚(如图1所示)。

图1: 三相逆变器APM汽车功率模块示意图

  在所示的电路中,电源线放在模块相反的两侧,用于分离控制和电源接口。这样,PCB上就不需要高电流走线,使得设计实施和生产更为简单。传热式直接敷铜(DBC)结构在安装表面和电气有源组件之间提供2500 Vrms电气隔离。

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