使用功率模塊改進(jìn)汽車電氣化
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目前，出現(xiàn)了一種趨勢有助于汽車設(shè)計(jì)師改進(jìn)電氣化，即日益普遍采用的高度集成汽車功率模塊(APM，Automotive Power Modules)，此類模塊能夠以較小的尺寸提供較高的功率密度，本文將重點(diǎn)探討APM功率模塊在提高汽車電氣性能的同時(shí)，使設(shè)計(jì)更為緊湊的實(shí)現(xiàn)方式。
APM功率模塊的構(gòu)成
一般來說，APM汽車功率模塊通常在單個(gè)緊湊封裝中集成了全部功能所需的器件，這很容易在設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)。例如，飛兆半導(dǎo)體的FTCO3V455A1就是一款符合汽車應(yīng)用要求的MOSFET逆變器功率級模塊，它可提供三相逆變器的所有功能，包括六個(gè)提供高電流、高效率操作的MOSFET。該模塊中還集成了從電池到地的RC緩沖電路，緊密耦合到MOSFET橋，以改進(jìn)EMI性能；還包括用于電流感測的0.5 m?精密分流電阻，可提供電流反饋，實(shí)現(xiàn)電機(jī)控制和過流保護(hù)。另外，該汽車功率模塊內(nèi)部還設(shè)有一個(gè)溫度感測NTC，用于監(jiān)控逆變器的發(fā)熱情況。和其他制造商APM模塊的設(shè)計(jì)原理一樣，這款功率模塊可提供不同的電路組合——設(shè)計(jì)人員可使用APM汽車功率模塊代替分立式設(shè)計(jì)，由此創(chuàng)建出一個(gè)尺寸更小、能夠提供更高功率密度的系統(tǒng)。
在實(shí)際應(yīng)用中，APM功率模塊通常被直接安裝在電機(jī)外殼表面，允許PCB僅沿模塊一側(cè)連接至信號引腳(如圖1所示)。
圖1: 三相逆變器APM汽車功率模塊示意圖
減少機(jī)械連接，提升熱性能
在使用分立式封裝組件開發(fā)的逆變器中，如TO-263或MO-299封裝通常都會(huì)有較多的機(jī)械接口需要處理，其中包括MOSFET封裝至PCB、PCB至隔離散熱器、散熱器至散熱片，某些情況下還可能有散熱片至下一級組件的連接等。這些機(jī)械接口與系統(tǒng)的熱性能緊密相關(guān)，而在APM汽車功率模塊中，這些大部分的機(jī)械接口已整合于APM之中，在許多情況下，要進(jìn)行的唯一純機(jī)械連接是從模塊到散熱片。
與安裝在PCB或IMS上的六個(gè)或更多分立式MOSFET封裝部件相比，通過APM功率模塊實(shí)現(xiàn)的簡化機(jī)械接口設(shè)計(jì)可獲得極好的熱性能。如圖2所示，它顯示出對于逆變器的所有六個(gè)MOSFET，從結(jié)至外殼以及通常從結(jié)至散熱片的瞬態(tài)熱阻，結(jié)至散熱片的熱阻體現(xiàn)為采用30 ?m厚系數(shù)為2.1 W/(m-K)的導(dǎo)熱材料。
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