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标题: 辅助功率模块 [打印本页]

作者: look_w    时间: 2018-1-26 13:04     标题: 辅助功率模块

可灵活布线、适用于混合动力和纯电动汽车的汽车级低成本Easy1B/2B功率模块

与现今传统内燃机汽车中的14V电池系统相比,混合动力汽车和电动汽车的高压电池系统有助于提高辅助系统的能效并降低其成本。这些辅助系统包括空调压缩机、油泵、冷却泵、电动助力转向系统和加热器。

这些辅助系统/负载的功率范围从1kW至6kW。利用高压直流驱动这些系统,可使系统设计师得以降低所需的驱动电流,从而获得巨大的成本优势(以及减小电缆直径和电机的铜用量)。

混合动力和纯电动汽车需要多种现有内燃机汽车所不具备的全新系统/负载。其中包括高压与低压电池之间的DC/DC转换器。该转换器的作用是在两个电池之间传送电力,从而优化汽车的能效。另一个例子是插电式混合动力汽车的电池充电器,经插头连接电网可对电池进行充电。

这些系统/负载的驱动需求各异。基于多种不同的半导体器件提供相应的定制解决方案面临巨大挑战,这些器件包括IGBT、二极管、高压MOSFET – CoolMOS、低压MOSFET – OptiMOS,以及DCB与PCB布线。其他的挑战涉及统一封装以及降低成本。要想满足这些需求,需要一个特定方案。

与牵引(电机/发电机)用逆变器不同,这些小型负载不需要基板。



图1:英飞凌的Easy 1B和2B功率模块


图2:适用于所有新旧辅助系统和相应驱动电路拓扑的电源模块


图3:位于模块陶瓷体上的一个DMX芯片和位于模块外壳上的一个DMX代码提供重要数据


图4:汽车行业的连接技术很成熟

它们需要将能效、灵活性与成本有效结合。英飞凌完全符合汽车行业标准的Easy 1B和2B功率模块适用于所有这些新旧负载(图2)和相应的驱动电路拓扑。

Easy 1B和2B电源模块早已广泛应用于各种工业产品(工业驱动、UPS/电源、空调、电焊机、电池充电器、感应加热和太阳能逆变器),并证实了其卓越的性能。这些模块经过精心设计,成本低廉、结构紧凑,可实现简化、可靠的装配。

无基板模块具有插入式螺钉夹和压接引脚,采用全新、快速、可靠和低成本的装配概念。Easy 1B/2B模块的主要特性可总结如下:紧凑型模块概念、适用于不同应用的性能出色的标准化封装;通过定制DCB(直接铜粘合)布线和引脚而获得的应用灵活性;降低客户开发周期和成本;高功率密度;集成式温度传感器;低杂散电感模块设计;符合RoHS标准。

英飞凌已成功将这些模块纳入其汽车功率模块产品组合。因此,Easy 1B/2B电源模块完全属于汽车级器件。

与所有符合汽车行业要求的功率模块一样,Easy 1B/2B电源模块也必须要通过严格的可靠性测试,从而满足汽车应用对使用寿命和可靠性的要求。汽车可靠性测试包括多项涉及芯片与封装的测试。为确保通过测试,采用改进的DCB陶瓷板,以缓解铜的层离和DCB的开裂。

低温存储(LTS)是在极低温度条件下测试模块,从而验证隔离凝胶的功能。热冲击试验(TST)是一种双腔测试,采用空气到空气的热冲击,属加速型试验,旨在评估因因材料间热膨胀系数差异造成的失效机制。将这些模块在极低温度条件下放置1小时,然后再将其放入高温箱中,按照与实际应用相关联的循环次数进行反复操作。另外,还包括振动和机械冲击试验,其目的是确定,模块在整个汽车使用寿命中承受机械应力时,能否满足正常运行的要求。

除通过汽车可靠性测试,Easy 1B/2B模块还集成了其他特性,例如可溯性和压接连接器,所有这些都适用于汽车应用。

在可溯性方面,位于模块陶瓷体上的DMX芯片和位于模块外壳上的DMX代码(参阅图3)提供十分重要的数据,例如不同芯片在原始晶圆上的位置、粘合剂可溯性和100%互换保护。

压接是将功率模块的控制和功率接头连接至印刷电路板和/或导电条的可选办法 —— 以满足更高的耐久性要求、适应向更高工作温度发展的趋势、符合RoHS标准和简化操作。全球汽车行业多年前就已经开始采用这种连接技术(图4)。其主要优势是,可靠性的提高(相对于焊接更出色的FIT率)、装配的快速经济、PCB尺寸的缩小和系统维修成为可能。

辅助系统驱动、DC/DC转换、加热器和电池充电器为汽车模块带来了挑战。本文介绍的高科技解决方案是英飞凌应对挑战的方案:全新的汽车级Easy 1B/2B功率模块提供适用于高压和低功率应用(6kW以下)的灵活平台,采用多种半导体器件以降低系统成本。





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