电力电子技术在汽车42V直流总线下的应用

从当前的应用现状看，日本汽车厂家多采用永磁无刷直流机；大部份美国厂家选用异步机；而在欧洲，两种电机都有应用。当然，另外两种电机也处于很活跃的试验研究阶段。最终的电机选择将依赖于功率等级、电机及驱动电路的成本，电机与发动机的耦合方式，以及系统性能的全面考虑。

2. 功率驱动及控制
一体化起动/发电机(ISA)系统包括电机与相关的驱动与控制系统，如图2所示。功率驱动是连接蓄电池与电机的界面。它实现直流与交流之间的能量转换。

nbsp; 对于一体化起动/发电机系统，功率驱动是一个更严峻的挑战。由于驱动及控制系统占整个一体化起动/发电机系统价格的60%到90%。因此，对于对价格非常敏感的汽车工业，在满足性能要求的基础上，降低成本成为一个赢得市场的关键。

从性能及导热设计的角度，功率元件的尺寸越大越好。而从价格上看，当然晶片的尺寸越小越经济。所以，功率驱动系统的优化设计至关重要。

在汽车应用中，由于直流总线的电压是42V，因此对于这一大电流小电压的应用领域，MOSFET是当然的选择。然而，因为前机盖下的工作温度在 到+ 之间，这对MOSFET提出了非常高的要求。同时，由于电机的频繁起停和负载变化，瞬态电流会达到稳态电流的几倍。因此，对元件的过流能力及散热设计都要有较高要求。

此外，MOSFET的导通电阻要尽量减低以达到降低导通损耗的目的。而导通电阻和击穿电压成反比，因而，MOSFET的击穿电压要尽量低。但是，电路中的杂散电感会在MOSFET关断过程中引起电压过冲而使MOSFET工作于雪崩状态，从而使开关损耗增加。因而，从减低开关损耗的角度看，击穿电压要高才好。将这两个要求折衷考虑，击穿电压75V到100V的MOSFET为较优化的选择。

另外，散热及可靠性也都须在元件选择及系统设计中给以考虑。不仅如此，在这一应用中，采用单一的大尺寸MOSFET成本较高。为降低价格，常采用小尺寸MOSFET并联以满足功率要求，所以，元件间要有很好的参数一致性，并且要合理布局电路来均布杂散电感，以防负荷不均匀引起元件损坏。

国际整流器(IR)公司针对这一应用设计了几种MOSFET，例如 IRBT2907，IRFB3808及更新型的针对汽车应用设计的沟道形MOSFET。这些产品的共同特点是：极低的导通电阻(Rdson)，以满足低导通损耗的要求；极小的开关时间，以减低开关损耗。同时，为降低及有效控制杂散电感，IR也提供模块解决方案。如图3所示，两个并联的MOSFET芯片构成一个开关，其驱动电路则与其紧凑的设计在一起。这一开关可承受600A的峰值电流。

除了对功率元件的要求外，一体化起动/发电机也对控制系统提出了较高的要求。首先，电机要能在宽广范围内平滑调速，并实现?功率控制。同时，作为发电机运行时，要同时具有稳定42V直流总线电压的功能；其次，要有完善的保护功能，以达到汽车工业的标准；最后还要严格控制价格，例如，去掉昂贵的位置传感器，利用电流、电压信号实现无位置传感器控制，从而减低成本。V总线成为汽车工业的标准，从14V到42V的转换仍需要很长时间。即两种电压系统要共存。所以一个直流/直流转换器将成为必需。图4显示了集中式直流/直流转换器的结构。