眾所周知，人們?nèi)找骊P(guān)注環(huán)境狀況及碳排放對(duì)全球生態(tài)系統(tǒng)的影響。此外，新興經(jīng)濟(jì)體對(duì)石油的需求增加，意味著石油儲(chǔ)量的消耗加速(根據(jù)國際能源署報(bào)道，目前每年石油的付運(yùn)量是350億桶)，石油長(zhǎng)期供應(yīng)的不確定性上升。因此，汽車制造商面臨相當(dāng)大的挑戰(zhàn)。他們需要開發(fā)更節(jié)省燃油的車型，才能確保繼續(xù)符合國際法規(guī)，同時(shí)超越競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，為購車民眾提供駕駛成本更低和更環(huán)保的車輛。
應(yīng)對(duì)這日益嚴(yán)峻的問題，以及遵守目前已經(jīng)實(shí)施的嚴(yán)格監(jiān)管規(guī)定的關(guān)鍵方法之一，就是降低傳統(tǒng)石油發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械負(fù)荷。另一種方法是減輕汽車總重，使得提供相同駕駛體驗(yàn)時(shí)所需能源(燃油)更少。從使用傳統(tǒng)的機(jī)械系統(tǒng)轉(zhuǎn)向主要用電的系統(tǒng)，對(duì)這兩種方法都有裨益。除電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)之外，電氣冷卻劑和油泵是轉(zhuǎn)向這種電子設(shè)計(jì)方法的常見例子。此外，進(jìn)一步優(yōu)化汽車電動(dòng)機(jī)傳統(tǒng)實(shí)施手段的需求，比如側(cè)鏡調(diào)節(jié)、座椅定位、氣候控制、窗戶開/關(guān)，正進(jìn)一步推動(dòng)電動(dòng)機(jī)械設(shè)計(jì)的創(chuàng)新。
目前，有刷直流電機(jī)和無刷直流電機(jī)(BLDC)都被用于汽車應(yīng)用。但是，BLDC的受歡迎程度迅速增加，由于其眾多特性對(duì)汽車工程師頗具吸引力，其中最主要的是。
● 與DC電機(jī)相比，BLDC電機(jī)的控制度更高，支持可變速工作(能效更高)。
● 輸出功率相當(dāng)時(shí)，BLDC電機(jī)通常比DC電機(jī)更緊湊，可以節(jié)省寶貴的空間(在現(xiàn)代汽車設(shè)計(jì)中，由于包含更多數(shù)量的線束等，空間日益受限)。
● 由于BLDC電機(jī)不需要電刷或換向器，因此，不會(huì)產(chǎn)生火花或噪聲問題。
● BLDC電機(jī)不容易磨損(這是DC電機(jī)存在的問題)，意味著使用壽命更長(zhǎng)，從而降低維修或更換成本。
因此，在汽車系統(tǒng)中安裝BLDC電機(jī)顯然非常有優(yōu)勢(shì)。但是，與DC相比，它們需要更先進(jìn)的驅(qū)動(dòng)電子。在許多情況下，分立方案用于驅(qū)動(dòng)BLDC電機(jī)，涉及大量現(xiàn)成零件覆蓋電源、控制、保護(hù)和熱管理活動(dòng)。通常，需要指定和安裝13至16種分立元件。但是，由于商業(yè)和技術(shù)壓力比以往更為大，這種分立方法開始被認(rèn)為落伍。它依賴太多元件的購買、安裝和測(cè)試，日后未必切實(shí)可行。此外，這種方法的空間利用率不高，尤其是性價(jià)比也不高。
使用高度集成結(jié)構(gòu)的電源模塊，為汽車行業(yè)提供了更有吸引力的替代方案。這可以減少元件數(shù)，提高空間利用率，以及提高可靠性(因?yàn)榭赡馨l(fā)生故障的元件更少)，還解決了分立器件安裝不方便的問題。此外，這種方法需要分配給任務(wù)的工程資源更少，縮短了設(shè)計(jì)周期，降低了所需投資。新興的新一代電源模塊具有更高集成度和更創(chuàng)新的封裝技術(shù)(其中采用導(dǎo)熱金屬基板)，是BLDC電機(jī)控制進(jìn)一步發(fā)展的關(guān)鍵。
直接鍵合銅(DBC)基板結(jié)構(gòu)正在推進(jìn)更先進(jìn)電源模塊的發(fā)展，提供優(yōu)于分立部署或傳統(tǒng)的電源模塊方案的眾多操作和物流優(yōu)勢(shì)。從本質(zhì)上說，DBC基板包括導(dǎo)熱性卓越的絕緣陶瓷。這種陶瓷層在任一側(cè)繞過高度導(dǎo)電的銅層。外部銅板被涂層覆蓋，而內(nèi)部銅層作為印刷電路結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。元件被直接焊接到DBC上。互連接合線連接晶圓和印刷電路結(jié)構(gòu)，或連接模塊內(nèi)的不同元件，大大縮小系統(tǒng)的物理占位，從而減小最終方案的體積和重量。
DBC還可以顯著縮短電源系統(tǒng)的熱路徑，而不影響電氣絕緣。這使得電源模塊可以顯著降低物料單成本，加快開發(fā)速度，改進(jìn)熱性能。，這種技術(shù)還支持實(shí)施比以前提及的替代方法的尺寸小很多的布局。因此，可以顯著提高功率密度。它也無需電源模塊和散熱器之間額外的絕緣，為工程團(tuán)隊(duì)提供了更大的設(shè)計(jì)靈活性。卓越的熱性能還意味著可以為電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)指定更小的散熱器，進(jìn)一步減輕了重量、節(jié)省了空間和降低了總系統(tǒng)成本。
為應(yīng)對(duì)更精密、更高性能的電源模塊日益增長(zhǎng)的需求，針對(duì)汽車電機(jī)控制，安森美半導(dǎo)體處于DBC電源模塊設(shè)計(jì)的前沿。公司已經(jīng)推出了STK984-190E，該額定的30 A/40 VMOSFET電源模塊經(jīng)高度優(yōu)化用于汽車的3相BLDC電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用。它在3相橋配置中包括6個(gè)MOSFET器件，另外還配以1個(gè)MOSFET提供電池反接保護(hù)開關(guān)機(jī)制。該模塊采用雙列直插式封裝(DIP)，尺寸僅為29.6mm x 18.2mm x 4.3mm，外形遠(yuǎn)小于市場(chǎng)上任何同類產(chǎn)品。
由于STK984-190-E中的所有MOSFET都符合AECQ101規(guī)范，該模塊能夠應(yīng)對(duì)汽車應(yīng)用的苛刻條件。它經(jīng)過高度優(yōu)化，嵌入到12V汽車應(yīng)用，包括泵、風(fēng)扇和雨刮器，支持40°C 至 150°C的工作溫度范圍。STK984-190E可與安森美半導(dǎo)體的LV8907UW無傳感器電機(jī)控制器IC(結(jié)合一個(gè)用于車載網(wǎng)絡(luò)的LIN收發(fā)器)一起使用，為汽車BLDC電機(jī)控制提供了一個(gè)完整的參考設(shè)計(jì)。
圖1：圖示安森美半導(dǎo)體的STK984-190E在汽車風(fēng)扇系統(tǒng)中用于氣候控制
圖2：STK984-190E電源模塊和 LV8907UW電機(jī)控制器IC用于氣候控制風(fēng)扇;a) 底視圖; b)俯視圖
采用更集成的策略，將能夠提高3相BLDC電機(jī)驅(qū)動(dòng)的能效，同時(shí)使整個(gè)系統(tǒng)比以前更緊湊，重量更輕，可靠性更高。由模塊(例如剛剛詳細(xì)描述的電源模塊)實(shí)現(xiàn)的高功率密度水平，意味僅需傳統(tǒng)分立方案一半的占板空間，和一半的元件數(shù)量-尺寸縮小定對(duì)汽車電子的向前發(fā)展產(chǎn)生重大的影響。因此，這些非常先進(jìn)的金屬基板模塊將使工程師能夠不斷提升汽車行業(yè)所期望的燃油經(jīng)濟(jì)性和空間利用率。
（轉(zhuǎn)載）
