電力電子技術(shù)在汽車42V直流總線下的應(yīng)用

當(dāng)一體化起動/發(fā)電機(jī)工作于發(fā)電機(jī)狀態(tài)時(shí)，不但36V蓄電池會被充電，12V蓄電池也會通過直流/直流轉(zhuǎn)換器而被充電。兩個(gè)電壓系統(tǒng)各自帶動相應(yīng)負(fù)載。當(dāng)負(fù)載波動時(shí)，直流/直流轉(zhuǎn)換器可以控制功率的流向以平衡負(fù)載。如果在起動時(shí)36V蓄電池電壓過低，汽車需要跳起動(JUMP START) 。這時(shí)，直流/直流轉(zhuǎn)換器可以通過本車上或另外車上的12V電源來帶動起動機(jī)，從而起動發(fā)動機(jī)。

由于直流/直流轉(zhuǎn)換器工作在100KHz到150KHz的開關(guān)頻率下，因此功率元件的開關(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關(guān)速度，即盡量小的柵電荷。然而，如果開關(guān)速度過快，本征二極管的反向恢復(fù)過程(如圖5)會很硬。即 很大，從而使段的di/dt非常高。這會在雜散電感的影響下引起漏極與源極間電壓很大的波動(Ringing)。這一過程所產(chǎn)生的損耗并不顯著，然而，它所產(chǎn)生的高頻電磁干擾(EMI)◆會通過傳導(dǎo)(Conductive EMI) 和放射(Radiated EMI) 的方式對汽車◆的其他電器產(chǎn)生影響 。例如，這一高頻電磁干擾通過直流總線傳輸?shù)揭纛l電路中，從而干擾調(diào)頻收音機(jī)的收聽效果。

所以，從設(shè)計(jì)角度上，要求MOSFET有盡量小的反向恢復(fù)電荷，并有盡量軟的恢復(fù)過程。從而使電磁干擾在工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)限度內(nèi)。否則，對電磁干擾濾波器的設(shè)計(jì)要求會更高，成本也會大幅度提高。

電助力方向盤控制(EPAS-Electric Power Assistant Steering)
傳統(tǒng)的助力方向盤系統(tǒng)是液壓系統(tǒng)，所以即使沒有任何轉(zhuǎn)向動作，液壓泵也要始終工作。因此，發(fā)動機(jī)損耗增加，燃油效率降低。而電助力方向盤系統(tǒng)則很好的解決了這一問題。當(dāng)方向盤動作時(shí)，位置或轉(zhuǎn)矩信號通過傳感器送到控制單元(MCU)，控制單元控制逆變器以驅(qū)動無刷直流電機(jī)或開關(guān)磁阻電機(jī)帶動車輪轉(zhuǎn)動。而當(dāng)方向盤靜止時(shí)，電機(jī)停止，沒有任何能量損耗。發(fā)動機(jī)燃油效率因此提高。

這一系統(tǒng)與一體化起動/發(fā)電機(jī)的驅(qū)動很接近，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(jī)在這一系統(tǒng)中工作于頻繁起停的狀態(tài)，瞬態(tài)電流會因?yàn)殡s散電感的影響而引起很高的電壓過沖。所以，如用離散元件設(shè)計(jì)的逆變器，電路板和連線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(qū)動部份作成模塊是一個(gè)很好的解決方案。

由于這一應(yīng)用的電流較低，很多新的電力電子技術(shù)已被應(yīng)用于這一領(lǐng)域。其一是智能開關(guān)(IPS - Intelligent Power Switch)，它將多種保護(hù)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(yīng)及電流感應(yīng)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(tǒng)，其他的汽車電器系統(tǒng)也都在向42V轉(zhuǎn)換，例如防抱閘系統(tǒng)(ABS)。動態(tài)懸掛系統(tǒng)(EAS-Electric Active Suspension)。發(fā)動機(jī)的電磁閥控制(EMV-Electromechanical Engine Valves)， 而所有這些轉(zhuǎn)換都和電力電子技術(shù)緊密相連。

需要說明的是，一體化電機(jī)系統(tǒng)及整個(gè)42V系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用不僅取決于系統(tǒng)安全性、舒適性及燃油效率的提高，還取決于與傳統(tǒng)技術(shù)相比其價(jià)格的可比性。對于消費(fèi)者來講，汽車內(nèi)部的電器系統(tǒng)是14V還是42V無關(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(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用起到重要作用。