使用功率模塊改進(jìn)汽車(chē)電氣化
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目前，出現了一種趨勢有助于汽車(chē)設計師改進(jìn)電氣化，即日益普遍采用的高度集成汽車(chē)功率模塊(APM，Automotive Power Modules)，此類(lèi)模塊能夠以較小的尺寸提供較高的功率密度，本文將重點(diǎn)探討APM功率模塊在提高汽車(chē)電氣性能的同時(shí)，使設計更為緊湊的實(shí)現方式。
APM功率模塊的構成
一般來(lái)說(shuō)，APM汽車(chē)功率模塊通常在單個(gè)緊湊封裝中集成了全部功能所需的器件，這很容易在設計中實(shí)現。例如，飛兆半導體的FTCO3V455A1就是一款符合汽車(chē)應用要求的MOSFET逆變器功率級模塊，它可提供三相逆變器的所有功能，包括六個(gè)提供高電流、高效率操作的MOSFET。該模塊中還集成了從電池到地的RC緩沖電路，緊密耦合到MOSFET橋，以改進(jìn)EMI性能；還包括用于電流感測的0.5 m?精密分流電阻，可提供電流反饋，實(shí)現電機控制和過(guò)流保護。另外，該汽車(chē)功率模塊內部還設有一個(gè)溫度感測NTC，用于監控逆變器的發(fā)熱情況。和其他制造商APM模塊的設計原理一樣，這款功率模塊可提供不同的電路組合——設計人員可使用APM汽車(chē)功率模塊代替分立式設計，由此創(chuàng )建出一個(gè)尺寸更小、能夠提供更高功率密度的系統。
在實(shí)際應用中，APM功率模塊通常被直接安裝在電機外殼表面，允許PCB僅沿模塊一側連接至信號引腳(如圖1所示)。
圖1: 三相逆變器APM汽車(chē)功率模塊示意圖
減少機械連接，提升熱性能
在使用分立式封裝組件開(kāi)發(fā)的逆變器中，如TO-263或MO-299封裝通常都會(huì )有較多的機械接口需要處理，其中包括MOSFET封裝至PCB、PCB至隔離散熱器、散熱器至散熱片，某些情況下還可能有散熱片至下一級組件的連接等。這些機械接口與系統的熱性能緊密相關(guān)，而在A(yíng)PM汽車(chē)功率模塊中，這些大部分的機械接口已整合于A(yíng)PM之中，在許多情況下，要進(jìn)行的唯一純機械連接是從模塊到散熱片。
與安裝在PCB或IMS上的六個(gè)或更多分立式MOSFET封裝部件相比，通過(guò)APM功率模塊實(shí)現的簡(jiǎn)化機械接口設計可獲得極好的熱性能。如圖2所示，它顯示出對于逆變器的所有六個(gè)MOSFET，從結至外殼以及通常從結至散熱片的瞬態(tài)熱阻，結至散熱片的熱阻體現為采用30 ?m厚系數為2.1 W/(m-K)的導熱材料。
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