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面向未來節(jié)能汽車的大功率高壓產(chǎn)品

作者: 時間:2012-11-20 來源:網(wǎng)絡 收藏
幾十年來,標準內(nèi)燃機驅(qū)動汽車一直由14V/12V鉛酸電池供電,并且所有電動汽車應用和系統(tǒng)都是根據(jù)這個電壓較低的架構設計而成。商用卡車市場是一個小特例,其采用電壓較高(24V)的電池為耗電高的卡車或公共汽車提供更大的電流。即使在這種情況下,總電壓要求也明顯低于100V;由于卡車應用中的擊穿電壓多為30V、40V、55V,有時高達60V或75V,所以可以使用典型的電源開關。驅(qū)動器IC通常采用模擬混合信號工藝,其電壓一般為40V,最高為70V以至80V。實現(xiàn)所有汽車或卡車應用綽綽有余。

然而,如今我們發(fā)現(xiàn)汽車電網(wǎng)領域出現(xiàn)了較大轉(zhuǎn)變 - 電壓越來越高。從10~15年前高電壓(HV)被應用到標準乘用車中,這種轉(zhuǎn)變既已開始。電壓高于14V的電網(wǎng)開始在一些專用領域發(fā)展。采用100V或者更高電壓的應用實例如圖1所示 :高壓壓電燃料噴射、HID(高強度放電)照明和面向豪華汽車內(nèi)高可靠性環(huán)繞聲HIFI系統(tǒng)的高端D類放大器之類的應用。高壓系統(tǒng)首次用在了小批量高端車內(nèi),從而將汽車14V/12V電池的電壓提升到了更高的水平,并且遠遠高于100V。如果環(huán)境立法者開始實施排放法規(guī)(其要求實現(xiàn)比過時的內(nèi)燃機能夠提供的高得多的燃料效率),那么高壓系統(tǒng)很快就會成為必需品。借助于高精度燃料噴射器,柴油機和當今汽油發(fā)動機內(nèi)的燃燒過程可以得到大幅改善,從而顯著降低排放量。效率最高的燃料噴射器由基于高壓壓電元件的復雜高壓噴射器驅(qū)動,它會在精確的時間將很小劑量的燃料噴射到各個氣缸的燃燒室內(nèi)。于是,高電壓進入現(xiàn)代汽車的重點領域,為內(nèi)燃機提供支持,并最終成為引擎蓋下廣為接受的高壓應用。

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同時,面向汽車電源管理的功率半導體產(chǎn)品也必須符合這些新HV要求,并且還需要利用驅(qū)動器IC和電源開關(其能夠提供超過這些應用允許的最高電壓的安全擊穿電壓)來實現(xiàn)100V+的高電壓。真正希望采用節(jié)省燃料且環(huán)境友好的技術的半導體供應商需要基于專用高壓半導體工藝和芯片平臺的高壓器件。高電壓成了現(xiàn)代汽車電源管理產(chǎn)品必須具備的重要補充特性和發(fā)展趨勢。高效HID車頭燈就很好地說明了高電壓如何逐漸取代乘用車車頭燈內(nèi)先進的12V燈泡,雖然它面臨著一般采用較低電壓技術的LED照明的競爭。

但是,現(xiàn)代的發(fā)展不會隨著內(nèi)燃機的改善而止步。最終,像豐田這樣勇于開拓創(chuàng)新且具有遠見卓識的汽車制造商會開始改變汽車動力系,從而推動現(xiàn)代汽車的電氣化發(fā)展。因此,混合動力汽車和純電動汽車開始利用功能強大的電動機來減少內(nèi)燃機的使用,甚至徹底取代之。為了滿足內(nèi)燃機的功率要求,需要采用高壓技術來將電傳動系統(tǒng)的電流保持在可接受的水平,同時產(chǎn)生幾十到幾百千瓦的電機功率。歸根結底,這對于汽車內(nèi)的高壓芯片而言是一大突破。孤立的專門應用突然不復存在,取而代之的是一整個需要高壓開關與驅(qū)動器IC且耗電高的芯片密集型動力系架構。連同混合或者電動動力系的技術挑戰(zhàn)一起,高壓器件突然成了關注的焦點,并且需要具備如下特性:效率高、穩(wěn)定性高和價格極具競爭力以滿足終端用戶的預算要求。汽車向節(jié)能混合動力汽車方向發(fā)展還引發(fā)了先進汽車電源管理產(chǎn)品組合的發(fā)展與變革。電壓要求不再僅僅局限于100V以內(nèi)?,F(xiàn)在,電壓需要高達600V至1200V,其目前只被應用到重型工業(yè)電機驅(qū)動器和部分由110V或220V AC家庭電網(wǎng)供電的家用電器或消費類應用領域。

從汽車的角度來看,這種技術與架構變化發(fā)生得非??欤恢辽賹τ诟⒅丶夹g的安全性、可靠性和穩(wěn)定性而非快速創(chuàng)新或提早采用新技術的行業(yè)而言,它發(fā)生得很快。但是,豐田在混合動力汽車領域的成功、燃料價格的急劇上漲和更嚴格的排放法規(guī)讓我們必須加快變革,對于需要趕上日本先進的創(chuàng)新型混合技術的美國和歐洲汽車制造商而言尤為如此。

國際整流器公司 (IR) 在采用這種方法為汽車行業(yè)實現(xiàn)高電壓方面居于有利地位。公司已經(jīng)有了非??煽康摹⒚嫦驑藴势嚨钠嚠a(chǎn)品組合,其采用獲得專利的MOSFET和驅(qū)動器技術,適于標準14V應用,并且利用電壓為40V與75V的智能電源和大電流IC技術滿足了24V卡車市場更高的電壓要求。同時,IR一直致力于工業(yè)和消費類市場,利用其高壓技術為電機驅(qū)動、電源和其它專用HV解決方案實現(xiàn)了100V、200V、600V與1200V的電壓。這讓汽車團隊能夠立即采用高壓芯片和封裝技術,而這正是汽車市場內(nèi)突然變得重要的新要求。

一般來說,將非汽車芯片和封裝技術轉(zhuǎn)變成質(zhì)量目標為零缺陷現(xiàn)場故障率的穩(wěn)定型汽車產(chǎn)品并不簡單。但是,由于很早就從事上述HV應用,所以IR的汽車團隊擁有豐富的經(jīng)驗。10多年來,IR汽車產(chǎn)品部一直與市場領先的一級汽車供應商合作開發(fā)壓電燃料噴射,這讓我們能夠開發(fā)出高度穩(wěn)定的高壓驅(qū)動器技術和符合汽車質(zhì)量與穩(wěn)定性要求的車用電源開關。這種經(jīng)驗和大量的工業(yè)電機驅(qū)動器與電源產(chǎn)品組合讓國際整流器公司的汽車業(yè)務部能夠非常迅速地順應汽車HV趨勢和實現(xiàn)符合混合動力汽車市場要求與質(zhì)量目標的穩(wěn)定型汽車

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