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              無刷直流電機在汽車領域的應用前景

              發布時間:2016-6-10 17:25:03 瀏覽次數:2405

              當前,汽車功能電子化趨勢正日益加強,以應對日益嚴格的燃油能效法規,和滿足消費者對節能、安全、舒適以及便捷等方面的更高要求。汽車已經從單純的機械產品變身為復雜的機電一體化產品,安裝在汽車中的電機數量持續增加。據預測,到2020年,每輛豪華車中的電機數將多達120臺。直流無刷 (BLDC)電機由于具有多種優勢,正被越來越多地整合至汽車水泵、油泵、燃油泵、散熱風扇、暖通空調(HVAC)、混合動力系統、座椅風扇等部件,實現更高能效和性能。


              采用無刷直流電機的設計考量


              若采用無刷直流電機替代有刷電機,那么以前必須由換向器機械式完成的工作,現在通過三相逆變器電氣化完成。逆變器需要一個門極驅動器,它通常由一個微控制器實施復雜的軟件算法來控制。這增加了系統復雜性,對工程師來說是一大技術挑戰。而安森美半導體推出的智能無刷直流電機控制和驅動芯片LV8907,可解決這一挑戰。該方案無需外部電機位置傳感器或系統微控制器,減少PCB占位面積,自帶嵌入式控制算法,無需自寫電機控制算法,降低系統復雜性,縮短開發周期,加快產品上市。


              智能無刷直流電機方案LV8907概覽


              LV8907利用無傳感器驅動邏輯實現無傳感器120度或150度控制換流,采用近似正弦波運行以滿足無聲驅動要求??膳渲玫膮颠m合一系列電機和負載組合,一次性可編程(OTP)內存提供參數存儲,實現方案定制化,省去外部元件來執行各種設置,實現獨立工作,集成門極驅動器,用于驅動外部N-MOSFET,電荷泵驅動提供100%占空比和擴展的低壓工作。芯片通過LIN接口與外界交互,SPI接口提供配置、實時控制和診斷。在汽車應用中,要求能在150 °C的環境溫度(Ta)和170 °C的結溫(Tj)下工作,LV8907耐受工作結溫達175℃,確保在嚴苛的汽車工作環境下的可靠性,完全符合AEC-Q100標準。


              由于LV8907高度集成MOSFET門極驅動器、LIN收發器和低壓降穩壓器(LDO),最大限度地減少占位面積;無需依賴的位置傳感器,無軟件缺陷,故障監測及診斷功能完善,集成逐周期限流、過流保護、過壓/欠壓保護、過溫保護、堵轉保護等一系列保護特性,基于狀態機的方案采用OTP實現參數化,無EMI/EMC問題引起的數據損壞,實現最高系統可靠性;LV8907無需軟件和易于定制,比基于微控制器的方案縮短達80%的開發時間,加快產品上市,并節省物料單成本。


              更高集成度的智能功率模塊(IPM)


              隨著降低汽車內電子電路成本、減小尺寸及重量,和實現更高可靠性的要求日益增加,智能功率模塊可更好地滿足趨勢所需。如安森美半導體的STK984系列,集成BLDC LV8907和多個獨立的功率MOSFET,無需電路板、傳感器和外部微控制器,節省空間、減輕重量,成本也隨之降低,用于驅動汽車滑動門、EPS單元、泵、雨刮、HVAC和散熱風扇,提供更高可靠性。


              STK984系列采用獨特的絕緣金屬基板技術(IMST),將不同結構的半導體元件及無源器件和其它部分集成到單個模塊中。IMST結構通過使用絕緣層覆蓋鋁片,將銅箔置于頂層,并在銅箔上蝕刻,使單層布線圖案能被自由定制?;贗MST的IPM,由于功率晶體管、提供溫度檢測的控制電路和保護電路可貼裝在同一板上,從而最大限度減小溫度檢測的誤差,實現高精度溫度檢測;由于在金屬基板的鋁片和銅箔之間有一個分布式電容通過絕緣樹脂,有效地降低噪聲;此外,IMST結構還提供出色的散熱性能。


              例如,3相無刷電機驅動器IPM STK984-090A-E/091A-E內置預驅動器IC、分流電阻和電荷泵電路,集成過流、過溫、過壓/欠壓等保護特性,可用于汽車鼓風機風扇、散熱風扇、水泵和滑動門等等。


              又如STK984-190-E集成7 個MOSFET到單個小封裝中,采用直接鍵合銅(DBC)基板,無需絕緣襯墊,具有低熱阻抗,提供極佳散熱性和設計靈活性,內置反向連接電池保護,提升可靠性,完全符合AEC-Q100要求,用于12 V系統時的電機功率達300 W。同分立方案相比,STK984-190-E的占位面積、重量、元件數和熱阻抗分別減少48.7%、36.2%、53.8%和21.1%,是用于汽車雨刮器、風扇和泵等應用的理想器件。


              為應對汽車功能電子化趨勢,車用電機正越來越多,并從有刷直流向無刷直流發展。隨著減小尺寸及重量、降低系統成本和實現更高可靠性的要求日益增加,需要不斷提高集成度。安森美半導體提供全面的無刷電機方案,包括分立和集成方案,如無傳感器的BLDC LV8907及更高集成度的IPM STK984系列,解決軟件編寫、空間、成本和設計時間等方面的挑戰,提供更高能效、功率密度和系統可靠性,是水泵、油泵、燃油泵、散熱風扇、HVAC、雨刮器和滑動門等汽車應用的理想選擇。


              文章標題:無刷直流電機在汽車領域的應用前景
              本文地址:http://www.kvdai.com/news/83.html
              本文來源:東莞景馳傳動科技有限公司

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