高性能電機應用推動(dòng)汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展

　　電機的采用

　　我們需要追溯至多年前，回顧那段車(chē)輛不使用電機的時(shí)期。那個(gè)時(shí)候，車(chē)輛是通過(guò)手搖曲柄進(jìn)行發(fā)動(dòng)的，發(fā)動(dòng)機冷卻風(fēng)扇和雨刷器與發(fā)動(dòng)機進(jìn)行機械連接。電機與內燃機迅速結合在一起，這種結合最初主要是出于舒適度方面的考慮。這些電機都是低功率電機（100W ），通常只需要一個(gè)簡(jiǎn)單的繼電器驅動(dòng)負載，它們是提升系統效率和性能的最佳選擇。隨著(zhù)電機開(kāi)始投入安全應用，例如防抱死制動(dòng)系統和牽引力控制系統，電機需要更加可靠的驅動(dòng)系統。

　　然而，最近，汽車(chē)工業(yè)將注意力轉向了降低油耗。綠色交通的壓力已經(jīng)迫使工程師盡可能為車(chē)輛找到智能、有效的解決方案。電機在由智能電子設備驅動(dòng)的情況下，能夠實(shí)現卓越性能。電子解決方案尤其適用于高功率電機（>100W）。盡管現代汽車(chē)中的發(fā)動(dòng)機冷卻裝置和鼓風(fēng)機現在都采用電子功率控制，但電機的應用范圍仍然很廣。汽車(chē)中的許多功能依然使用與內燃機連接的機械系統。電子控制能夠在效率方面帶來(lái)顯著(zhù)的改善，水泵和油泵就是很好的例子。利用電氣控制方式，功率能有效傳輸給電機，使電機在任何時(shí)候都能夠準確地滿(mǎn)足功率需求。

　　變頻技術(shù)為汽車(chē)領(lǐng)域帶來(lái)重大機遇

　　車(chē)輛發(fā)動(dòng)機冷卻裝置和鼓風(fēng)機應用變頻電機控制是最新的一個(gè)創(chuàng )舉。老款車(chē)型的發(fā)動(dòng)機冷卻裝置和鼓風(fēng)機都使用由電阻器和繼電器構成的轉速控制系統。采用該系統，電機的轉速被限制為幾個(gè)離散值。實(shí)現任何轉速值都需要一個(gè)電阻器與電機串聯(lián)。電機的轉速不能針對功率需求實(shí)現最優(yōu)化，因而這一解決方案的性能極低。導致大多數情況下典型效率低于50%。

　　電力電子技術(shù)的最新發(fā)展使變頻電機控制成為許多應用的首選解決方案。使用變頻控制，在整個(gè)負載范圍內能夠實(shí)現高于90%的典型系統效率。以典型的 400W發(fā)動(dòng)機冷卻風(fēng)扇為例，在典型負載周期內，采用電子控制器的功耗比電阻風(fēng)扇控制器少100W。節省的這100W功率相當于每100km的燃料消耗量約減少0.1L。

　　采用PWM控制技術(shù)驅動(dòng)電機所面臨的挑戰是要符合EMI要求。在20 kHz時(shí)，系統會(huì )在電池側產(chǎn)生噪聲。接通和關(guān)斷期間的電流斜率di/dt是EMI的主要來(lái)源。為了符合EMI要求，必須在電池和逆變器之間連接一個(gè)無(wú)源濾波器。這一濾波器通常由兩個(gè)大電容和一個(gè)電感組成。濾波器的成本是整個(gè)系統的一項重要成本。在使用MOSFET 的簡(jiǎn)單系統中，減小di/dt 的唯一方法就是在柵極插入一個(gè)電阻器以減緩開(kāi)關(guān)速度。這樣做會(huì )大大增加開(kāi)關(guān)損耗，降低系統效率，并且需要加大散熱器的尺寸。在這樣的系統中，需要權衡 EMI濾波器和散熱器的尺寸。

　　AUIR3330S針對輸出采用專(zhuān)有di/dt 控制，以減少電池板的傳導輻射。這種主動(dòng)di/dt 控制實(shí)現了EMI及開(kāi)關(guān)損耗性能方面的優(yōu)化，不必再受制于EMI濾波器和散熱器的尺寸權衡。這一特征的實(shí)現需要在MOSFET中形成特定的柵極，使用分立元件是無(wú)法實(shí)現的。對于帶有驅動(dòng)器的MOSFET一般應用而言，開(kāi)關(guān)時(shí)間的控制是通過(guò)使用柵極電阻控制驅動(dòng)電流實(shí)現的。此外，AUIR3330S提供了一個(gè)可以全速范圍驅動(dòng)任何類(lèi)型電機的解決方案。高集成度使設計師能夠設計一個(gè)緊湊的解決方案。只需利用很少的外部組件，就可快速實(shí)現全速范圍設計。 　　主動(dòng)di/dt控制

　　接通過(guò)程中，驅動(dòng)器會(huì )應用大電流以便盡快達到MOSFET 閾值。電流開(kāi)始流入MOSFET時(shí)，柵電流降低以限制di/dt。當漏-源電壓開(kāi)始下降時(shí)，柵電流升高以限制開(kāi)關(guān)損耗。與電阻器驅動(dòng)的MOSFET相比，di/dt階段開(kāi)關(guān)損耗相同，但是在dv/dt階段開(kāi)關(guān)損耗要低很多。因此，在相同EMI水平下，AUIR3330S的功耗低得多，只需要一個(gè)較小的散熱器。主動(dòng)di/dt控制需要一個(gè)復雜的驅動(dòng)器，能夠在開(kāi)關(guān)不同階段采用不同的柵電流。AUIR3330S還包含了用于檢測di/dt和dv/dt階段的智能電路。

　　現代電機驅動(dòng)應用還需要保護和故障診斷等附加功能。AUIR3330S 集成了多種用以防止在異常模式下系統出現故障的功能，包括過(guò)溫狀況、輸出短路、地線(xiàn)或自舉電容脫斷。在上述任何一種故障狀態(tài)下，AUIR3330S 都能受到保護，并且會(huì )向微處理器報告故障診斷結果。故障診斷結果是一個(gè)數值，可直接由微處理器讀取。

　　此外，AUIR3330S具有電流反饋功能，能夠通過(guò)測量流經(jīng)Rifb電阻器的電壓讀取負載電流。該系統可以監測負載電流，從而控制提供給負載的功率。并且可以檢測到電機堵轉狀態(tài)。

　　電流感測反饋用于設置過(guò)流保護閾值。當通過(guò)Rifb 電阻器的電壓超過(guò)4.5V 時(shí)，輸出會(huì )自動(dòng)切斷。此功能可防止在堵轉狀態(tài)下線(xiàn)路或電機內的任何故障，并且可以經(jīng)過(guò)調整適應每個(gè)系統的需要。

　　總結

　　實(shí)現全速電子控制的電機現在可以被應用于許多新應用中。在汽車(chē)中，一些負載仍由發(fā)動(dòng)機直接驅動(dòng)，例如：水泵、油泵和助力轉向泵。采用電機驅動(dòng)這些負載，可大大簡(jiǎn)化機械設計，無(wú)需采用皮帶和轉輪，同時(shí)節省發(fā)動(dòng)機艙內空間。AUIR3330S 提供了一個(gè)可以全速范圍驅動(dòng)任何類(lèi)型電機的解決方案，其主動(dòng)di/dt 控制實(shí)現了EMI及開(kāi)關(guān)損耗性能的優(yōu)化。