電力電子技術(shù)在汽車(chē)42V直流總線(xiàn)下的應用

從當前的應用現狀看，日本汽車(chē)廠(chǎng)家多采用永磁無(wú)刷直流機；大部份美國廠(chǎng)家選用異步機；而在歐洲，兩種電機都有應用。當然，另外兩種電機也處于很活躍的試驗研究階段。最終的電機選擇將依賴(lài)于功率等級、電機及驅動(dòng)電路的成本，電機與發(fā)動(dòng)機的耦合方式，以及系統性能的全面考慮。

2. 功率驅動(dòng)及控制
一體化起動(dòng)/發(fā)電機(ISA)系統包括電機與相關(guān)的驅動(dòng)與控制系統，如圖2所示。功率驅動(dòng)是連接蓄電池與電機的界面。它實(shí)現直流與交流之間的能量轉換。

nbsp; 對于一體化起動(dòng)/發(fā)電機系統，功率驅動(dòng)是一個(gè)更嚴峻的挑戰。由于驅動(dòng)及控制系統占整個(gè)一體化起動(dòng)/發(fā)電機系統價(jià)格的60%到90%。因此，對于對價(jià)格非常敏感的汽車(chē)工業(yè)，在滿(mǎn)足性能要求的基礎上，降低成本成為一個(gè)贏(yíng)得市場(chǎng)的關(guān)鍵。

從性能及導熱設計的角度，功率元件的尺寸越大越好。而從價(jià)格上看，當然晶片的尺寸越小越經(jīng)濟。所以，功率驅動(dòng)系統的優(yōu)化設計至關(guān)重要。

在汽車(chē)應用中，由于直流總線(xiàn)的電壓是42V，因此對于這一大電流小電壓的應用領(lǐng)域，MOSFET是當然的選擇。然而，因為前機蓋下的工作溫度在 到+ 之間，這對MOSFET提出了非常高的要求。同時(shí)，由于電機的頻繁起停和負載變化，瞬態(tài)電流會(huì )達到穩態(tài)電流的幾倍。因此，對元件的過(guò)流能力及散熱設計都要有較高要求。

此外，MOSFET的導通電阻要盡量減低以達到降低導通損耗的目的。而導通電阻和擊穿電壓成反比，因而，MOSFET的擊穿電壓要盡量低。但是，電路中的雜散電感會(huì )在MOSFET關(guān)斷過(guò)程中引起電壓過(guò)沖而使MOSFET工作于雪崩狀態(tài)，從而使開(kāi)關(guān)損耗增加。因而，從減低開(kāi)關(guān)損耗的角度看，擊穿電壓要高才好。將這兩個(gè)要求折衷考慮，擊穿電壓75V到100V的MOSFET為較優(yōu)化的選擇。

另外，散熱及可靠性也都須在元件選擇及系統設計中給以考慮。不僅如此，在這一應用中，采用單一的大尺寸MOSFET成本較高。為降低價(jià)格，常采用小尺寸MOSFET并聯(lián)以滿(mǎn)足功率要求，所以，元件間要有很好的參數一致性，并且要合理布局電路來(lái)均布雜散電感，以防負荷不均勻引起元件損壞。

國際整流器(IR)公司針對這一應用設計了幾種MOSFET，例如 IRBT2907，IRFB3808及更新型的針對汽車(chē)應用設計的溝道形MOSFET。這些產(chǎn)品的共同特點(diǎn)是：極低的導通電阻(Rdson)，以滿(mǎn)足低導通損耗的要求；極小的開(kāi)關(guān)時(shí)間，以減低開(kāi)關(guān)損耗。同時(shí)，為降低及有效控制雜散電感，IR也提供模塊解決方案。如圖3所示，兩個(gè)并聯(lián)的MOSFET芯片構成一個(gè)開(kāi)關(guān)，其驅動(dòng)電路則與其緊湊的設計在一起。這一開(kāi)關(guān)可承受600A的峰值電流。

除了對功率元件的要求外，一體化起動(dòng)/發(fā)電機也對控制系統提出了較高的要求。首先，電機要能在寬廣范圍內平滑調速，并實(shí)現?功率控制。同時(shí)，作為發(fā)電機運行時(shí)，要同時(shí)具有穩定42V直流總線(xiàn)電壓的功能；其次，要有完善的保護功能，以達到汽車(chē)工業(yè)的標準；最后還要嚴格控制價(jià)格，例如，去掉昂貴的位置傳感器，利用電流、電壓信號實(shí)現無(wú)位置傳感器控制，從而減低成本。V總線(xiàn)成為汽車(chē)工業(yè)的標準，從14V到42V的轉換仍需要很長(cháng)時(shí)間。即兩種電壓系統要共存。所以一個(gè)直流/直流轉換器將成為必需。圖4顯示了集中式直流/直流轉換器的結構。