電力電子技術(shù)在汽車(chē)42V直流總線(xiàn)下的應用

當一體化起動(dòng)/發(fā)電機工作于發(fā)電機狀態(tài)時(shí)，不但36V蓄電池會(huì )被充電，12V蓄電池也會(huì )通過(guò)直流/直流轉換器而被充電。兩個(gè)電壓系統各自帶動(dòng)相應負載。當負載波動(dòng)時(shí)，直流/直流轉換器可以控制功率的流向以平衡負載。如果在起動(dòng)時(shí)36V蓄電池電壓過(guò)低，汽車(chē)需要跳起動(dòng)(JUMP START) 。這時(shí)，直流/直流轉換器可以通過(guò)本車(chē)上或另外車(chē)上的12V電源來(lái)帶動(dòng)起動(dòng)機，從而起動(dòng)發(fā)動(dòng)機。

由于直流/直流轉換器工作在100KHz到150KHz的開(kāi)關(guān)頻率下，因此功率元件的開(kāi)關(guān)損耗將占總損耗的大部份。所以要求功率元件有盡量快的開(kāi)關(guān)速度，即盡量小的柵電荷。然而，如果開(kāi)關(guān)速度過(guò)快，本征二極管的反向恢復過(guò)程(如圖5)會(huì )很硬。即 很大，從而使段的di/dt非常高。這會(huì )在雜散電感的影響下引起漏極與源極間電壓很大的波動(dòng)(Ringing)。這一過(guò)程所產(chǎn)生的損耗并不顯著(zhù)，然而，它所產(chǎn)生的高頻電磁干擾(EMI)◆會(huì )通過(guò)傳導(Conductive EMI) 和放射(Radiated EMI) 的方式對汽車(chē)◆的其他電器產(chǎn)生影響 。例如，這一高頻電磁干擾通過(guò)直流總線(xiàn)傳輸到音頻電路中，從而干擾調頻收音機的收聽(tīng)效果。

所以，從設計角度上，要求MOSFET有盡量小的反向恢復電荷，并有盡量軟的恢復過(guò)程。從而使電磁干擾在工業(yè)標準限度內。否則，對電磁干擾濾波器的設計要求會(huì )更高，成本也會(huì )大幅度提高。

電助力方向盤(pán)控制(EPAS-Electric Power Assistant Steering)
傳統的助力方向盤(pán)系統是液壓系統，所以即使沒(méi)有任何轉向動(dòng)作，液壓泵也要始終工作。因此，發(fā)動(dòng)機損耗增加，燃油效率降低。而電助力方向盤(pán)系統則很好的解決了這一問(wèn)題。當方向盤(pán)動(dòng)作時(shí)，位置或轉矩信號通過(guò)傳感器送到控制單元(MCU)，控制單元控制逆變器以驅動(dòng)無(wú)刷直流電機或開(kāi)關(guān)磁阻電機帶動(dòng)車(chē)輪轉動(dòng)。而當方向盤(pán)靜止時(shí)，電機停止，沒(méi)有任何能量損耗。發(fā)動(dòng)機燃油效率因此提高。

這一系統與一體化起動(dòng)/發(fā)電機的驅動(dòng)很接近，只是控制是點(diǎn)位控制不是速度控制，且功率級別要低得多。

由于電機在這一系統中工作于頻繁起停的狀態(tài)，瞬態(tài)電流會(huì )因為雜散電感的影響而引起很高的電壓過(guò)沖。所以，如用離散元件設計的逆變器，電路板和連線(xiàn)要小心安排以降低雜散電感。如果對性能有更高的要求，將功率驅動(dòng)部份作成模塊是一個(gè)很好的解決方案。

由于這一應用的電流較低，很多新的電力電子技術(shù)已被應用于這一領(lǐng)域。其一是智能開(kāi)關(guān)(IPS - Intelligent Power Switch)，它將多種保護和診斷功能集成在同一芯片上，從而使其可靠性大大提高；其二是帶溫度感應及電流感應功能的MOSFET，例如HEXSENSE。它可以直接反饋和電流成正比的電壓信號，從而省去了昂貴的電流傳感器。

不僅是上面所提到的幾個(gè)系統，其他的汽車(chē)電器系統也都在向42V轉換，例如防抱閘系統(ABS)。動(dòng)態(tài)懸掛系統(EAS-Electric Active Suspension)。發(fā)動(dòng)機的電磁閥控制(EMV-Electromechanical Engine Valves)， 而所有這些轉換都和電力電子技術(shù)緊密相連。

需要說(shuō)明的是，一體化電機系統及整個(gè)42V系統的廣泛應用不僅取決于系統安全性、舒適性及燃油效率的提高，還取決于與傳統技術(shù)相比其價(jià)格的可比性。對于消費者來(lái)講，汽車(chē)內部的電器系統是14V還是42V無(wú)關(guān)緊要，性能價(jià)格比才是一個(gè)重要因素。所以，降低功率元件的成本將對這一新系統的實(shí)際應用起到重要作用。