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面向未來(lái)節能汽車(chē)的大功率高壓產(chǎn)品
作者：
時(shí)間：2012-11-20
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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幾十年來(lái)，標準內燃機驅動(dòng)汽車(chē)一直由14V/12V鉛酸電池供電，并且所有電動(dòng)汽車(chē)應用和系統都是根據這個(gè)電壓較低的架構設計而成。商用卡車(chē)市場(chǎng)是一個(gè)小特例，其采用電壓較高（24V）的電池為耗電高的卡車(chē)或公共汽車(chē)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(chē)應用中的擊穿電壓多為30V、40V、55V，有時(shí)高達60V或75V，所以可以使用典型的電源開(kāi)關(guān)。驅動(dòng)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(shí)現所有汽車(chē)或卡車(chē)應用綽綽有余。
然而，如今我們發(fā)現汽車(chē)電網(wǎng)領(lǐng)域出現了較大轉變 - 電壓越來(lái)越高。從10~15年前高電壓（HV）被應用到標準乘用車(chē)中，這種轉變既已開(kāi)始。電壓高于14V的電網(wǎng)開(kāi)始在一些專(zhuān)用領(lǐng)域發(fā)展。采用100V或者更高電壓的應用實(shí)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(chē)內高可靠性環(huán)繞聲HIFI系統的高端大功率D類(lèi)放大器之類(lèi)的應用。高壓系統首次用在了小批量高端車(chē)內，從而將汽車(chē)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(kāi)始實(shí)施排放法規（其要求實(shí)現比過(guò)時(shí)的內燃機能夠提供的高得多的燃料效率），那么高壓系統很快就會(huì )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(dòng)機內的燃燒過(guò)程可以得到大幅改善，從而顯著(zhù)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動(dòng)，它會(huì )在精確的時(shí)間將很小劑量的燃料噴射到各個(gè)氣缸的燃燒室內。于是，高電壓進(jìn)入現代汽車(chē)的重點(diǎn)領(lǐng)域，為內燃機提供支持，并最終成為引擎蓋下廣為接受的高壓應用。 
同時(shí)，面向汽車(chē)電源管理的功率半導體產(chǎn)品也必須符合這些新HV要求，并且還需要利用驅動(dòng)器IC和電源開(kāi)關(guān)（其能夠提供超過(guò)這些應用允許的最高電壓的安全擊穿電壓）來(lái)實(shí)現100V+的高電壓。真正希望采用節省燃料且環(huán)境友好的技術(shù)的半導體供應商需要基于專(zhuān)用高壓半導體工藝和芯片平臺的高壓器件。高電壓成了現代汽車(chē)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(chē)頭燈就很好地說(shuō)明了高電壓如何逐漸取代乘用車(chē)車(chē)頭燈內先進(jìn)的12V燈泡，雖然它面臨著(zhù)一般采用較低電壓技術(shù)的LED照明的競爭。
但是，現代節能汽車(chē)的發(fā)展不會(huì )隨著(zhù)內燃機的改善而止步。最終，像豐田這樣勇于開(kāi)拓創(chuàng )新且具有遠見(jiàn)卓識的汽車(chē)制造商會(huì )開(kāi)始改變汽車(chē)動(dòng)力系，從而推動(dòng)現代汽車(chē)的電氣化發(fā)展。因此，混合動(dòng)力汽車(chē)和純電動(dòng)汽車(chē)開(kāi)始利用功能強大的電動(dòng)機來(lái)減少內燃機的使用，甚至徹底取代之。為了滿(mǎn)足內燃機的功率要求，需要采用高壓技術(shù)來(lái)將電傳動(dòng)系統的電流保持在可接受的水平，同時(shí)產(chǎn)生幾十到幾百千瓦的電機功率。歸根結底，這對于汽車(chē)內的高壓芯片而言是一大突破。孤立的專(zhuān)門(mén)應用突然不復存在，取而代之的是一整個(gè)需要高壓開(kāi)關(guān)與驅動(dòng)器IC且耗電高的芯片密集型動(dòng)力系架構。連同混合或者電動(dòng)動(dòng)力系的技術(shù)挑戰一起，高壓器件突然成了關(guān)注的焦點(diǎn)，并且需要具備如下特性：效率高、穩定性高和價(jià)格極具競爭力以滿(mǎn)足終端用戶(hù)的預算要求。汽車(chē)向節能混合動(dòng)力汽車(chē)方向發(fā)展還引發(fā)了先進(jìn)汽車(chē)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?xún)取，F在，電壓需要高達600V至1200V，其目前只被應用到重型工業(yè)電機驅動(dòng)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(lèi)應用領(lǐng)域。
從汽車(chē)的角度來(lái)看，這種技術(shù)與架構變化發(fā)生得非?？?；至少對于更注重技術(shù)的安全性、可靠性和穩定性而非快速創(chuàng )新或提早采用新技術(shù)的行業(yè)而言，它發(fā)生得很快。但是，豐田在混合動(dòng)力汽車(chē)領(lǐng)域的成功、燃料價(jià)格的急劇上漲和更嚴格的排放法規讓我們必須加快變革，對于需要趕上日本先進(jìn)的創(chuàng )新型混合技術(shù)的美國和歐洲汽車(chē)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(chē)行業(yè)實(shí)現高電壓方面居于有利地位。公司已經(jīng)有了非?？煽康?、面向標準汽車(chē)的汽車(chē)產(chǎn)品組合，其采用獲得專(zhuān)利的MOSFET和驅動(dòng)器技術(shù)，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(shù)滿(mǎn)足了24V卡車(chē)市場(chǎng)更高的電壓要求。同時(shí)，IR一直致力于工業(yè)和消費類(lèi)市場(chǎng)，利用其高壓技術(shù)為電機驅動(dòng)、電源和其它專(zhuān)用HV解決方案實(shí)現了100V、200V、600V與1200V的電壓。這讓汽車(chē)團隊能夠立即采用高壓芯片和封裝技術(shù)，而這正是汽車(chē)市場(chǎng)內突然變得重要的新要求。
一般來(lái)說(shuō)，將非汽車(chē)芯片和封裝技術(shù)轉變成質(zhì)量目標為零缺陷現場(chǎng)故障率的穩定型汽車(chē)產(chǎn)品并不簡(jiǎn)單。但是，由于很早就從事上述HV應用，所以IR的汽車(chē)團隊擁有豐富的經(jīng)驗。10多年來(lái)，IR汽車(chē)產(chǎn)品部一直與市場(chǎng)領(lǐng)先的一級汽車(chē)供應商合作開(kāi)發(fā)壓電燃料噴射，這讓我們能夠開(kāi)發(fā)出高度穩定的高壓驅動(dòng)器技術(shù)和符合汽車(chē)質(zhì)量與穩定性要求的車(chē)用電源開(kāi)關(guān)。這種經(jīng)驗和大量的工業(yè)電機驅動(dòng)器與電源產(chǎn)品組合讓國際整流器公司的汽車(chē)業(yè)務(wù)部能夠非常迅速地順應汽車(chē)HV趨勢和實(shí)現符合混合動(dòng)力汽車(chē)市場(chǎng)要求與質(zhì)量目標的穩定型汽車(chē)高壓產(chǎn)品。
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