電動(dòng)汽車的電源與功率器件興起之勢(shì)

　　雖然電動(dòng)汽車完全成為主流還需要一定的時(shí)間，但一些制造商深信面向大眾市場(chǎng)的零排放汽車時(shí)代已經(jīng)來(lái)臨。當(dāng)談到針對(duì)未來(lái)交通開發(fā)的技術(shù)時(shí)，電動(dòng)汽車和電池產(chǎn)業(yè)毫無(wú)疑問是焦點(diǎn)所在，當(dāng)前研發(fā)工作重點(diǎn)放在提高電池存儲(chǔ)容量和加快電池充電時(shí)間。通過與汽車和電池制造商的合作，TEConnectivity公司目前正在為這一新興市場(chǎng)領(lǐng)域開發(fā)新的技術(shù)和解決方案。

　　下圖顯示了PPTC技術(shù)如何應(yīng)用于混合動(dòng)力汽車和電動(dòng)汽車電池模塊中的過溫檢測(cè)。該例使用了一個(gè)熱敏傳感器陣列來(lái)監(jiān)視單節(jié)電池故障。由于給PPTC器件加熱會(huì)使器件電阻迅速非線性上升，因此這種解決方案可以實(shí)現(xiàn)快速、精確的電池溫度感測(cè)。如圖所示，一節(jié)發(fā)熱的電池由于迅速上升到指定檢測(cè)溫度而被“標(biāo)記”了出來(lái)。

　　用于混合動(dòng)力汽車和電動(dòng)汽車電池模塊的熱指示陣列。在本例中，紅色電池溫度超過了指定閾值，PPTC器件進(jìn)入高阻狀態(tài)。

　　功率電子應(yīng)用在興起

　　越來(lái)越多的傳統(tǒng)機(jī)械功能正在升級(jí)到電子應(yīng)用，如電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向和電子停車系統(tǒng)。這些大功率、高溫度應(yīng)用對(duì)功率電子系統(tǒng)提出了更高的要求，當(dāng)powerFET、電容、電阻或IC等功率器件由于長(zhǎng)期暴露在苛刻環(huán)境下而發(fā)生故障時(shí)，有可能產(chǎn)生嚴(yán)重的熱問題。

　　提高功率器件性能、使用散熱更均勻的設(shè)計(jì)技術(shù)、采用新的散熱材料是目前已經(jīng)提出的用于增強(qiáng)熱管理性能的一些解決方案。不過，設(shè)計(jì)工程師仍在很大程度上依賴二級(jí)保護(hù)來(lái)阻止因功率器件故障或腐蝕導(dǎo)致過熱而產(chǎn)生的熱失控。

　　最常用的方法是使用熱熔絲/熱切斷(TCO)或熱開關(guān)。這些器件都能向設(shè)計(jì)工程師提供交流和直流應(yīng)用中寬泛和特定的溫度激活特性，但在電路板組裝過程中存在一些問題。因?yàn)樵絹?lái)越多的PCB只使用表面貼裝器件(SMD)，而使用通孔器件需要專門的安裝過程，進(jìn)而帶來(lái)額外的成本和復(fù)雜性。此外，標(biāo)準(zhǔn)器件可能無(wú)法提供汽車應(yīng)用所需的耐用性和可靠性。而能夠用于汽車環(huán)境的器件經(jīng)過了完整的測(cè)試，以滿足嚴(yán)格的沖擊和振動(dòng)規(guī)范要求，并提供合適的直流額定值。

　　泰科電子最近推出了一款適用于汽車應(yīng)用的回流熱保護(hù)(RTP)器件，這是一種可以切斷電流的二級(jí)保護(hù)器件，有助于防止因功率器件故障和PCB走線過熱而出現(xiàn)的損害。這種解決方案通常消除了對(duì)厚重散熱器、冗余FET和繼電器的需求。而這些需求廣泛地存在于電子控制單元、HVAC、ABS、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、DC/DC轉(zhuǎn)換器和PTC加熱器中。

　　如下圖所示，當(dāng)RTP器件靠近powerFET安裝時(shí)，它能夠追蹤FET溫度。當(dāng)FET超過正常工作溫度極限并出現(xiàn)過溫情況時(shí)，RTP器件將激活，并斷開電源線路。

　　在緩慢的熱失控情況下，RTP200器件會(huì)追蹤powerFET溫度，當(dāng)溫度達(dá)到200℃時(shí)，它就會(huì)斷開電路。

　　使用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的貼片和無(wú)鉛回流焊設(shè)備可以快速方便地安裝這種表面貼裝器件，并且這種器件可以承受峰值溫度遠(yuǎn)超過200℃的多次回流焊工藝。在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)檢測(cè)到溫度超過200℃時(shí)，它就會(huì)切斷電流。

　　為了在經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)回流焊安裝后還能在現(xiàn)場(chǎng)200℃溫度時(shí)打開，RTP器件使用一次性電子激活工藝獲得熱敏特征。在實(shí)施激活程序之前，器件可以承受至少3次無(wú)鉛回流焊而不打開。激活程序可以在系統(tǒng)加電時(shí)自動(dòng)實(shí)施，也可以在制造后期的線路系統(tǒng)測(cè)試期間實(shí)施。