汽车嵌入式电力电子技术的应用



汽车嵌入式电力电子技术的应用

汽车产业具有对高可靠性和价格适中的电子设备的强劲需求，尤其是混合动力汽车和纯电动汽车，需要紧凑而高效的400V电源模块。因为发动机舱的安装空间是需要关注的主要问题，因此，需要体积小、集成度高的模块。常规的安装方法是通过大型铝丝键焊接IGBT和二极管到陶瓷基板（DCB）上。这些陶瓷模块是通过真空焊接到水冷基板上的。使用印刷电路板（PCB）技术嵌入电源开关和控制器的紧凑型模块，提供了通过双面冷却的热管理方式，以进一步减少模块体积。

在德国产业部资助的一个研究所正在进行开发新一代汽车嵌入式电源模块项目。最终的目标是使50kW变流器在混合动力汽车上应用。现阶段的研究已经在试验车上实现了使用10kW变流器。

目前，越来越多的汽车控制单元直接连接至其工作环境，其优点是传感器和执行器的路径和反应时间缩短；缺点是恶劣的环境因素，如热、振动或传动液与控制单元直接接触。此外，对于控制单元的可用高度空间的限制也是缺点之一。汽车动力装置基于DCB。芯片的IGBT模块和续流二极管通常通过真空钎焊安装在隔离断路器上。芯片的顶面由长400μm的铝丝键连接。这一技术的缺点是结构较厚，铝键连接DCB、CTE匹配的冷却器成本高，从而使电动汽车控制单元的总体运行时间增加。电力电子元件的设计使用寿命为15年。

为了满足即将到来的挑战，PCB嵌入技术为高功能电子设备的应用提供了巨大的机会。通过嵌入技术可以在PCB层基板的表面集成不同的电气元件，并且这些特殊的印刷电路板可进一步对热导率优化。此外，这项技术使电子元件拥有较小的结构、较低的电感，并且可以提供更高的电压和更高的功率密度，进一步提高了可靠性。

A. Ostmannl et al. 2012 7th International Microsystems, Packaging, Assembly and Circuits Technology Conference, IMPACT October 24, 2012 - October 26, 2012.

编译：袁建昆