Easy Module助力新能源汽车发展

作者:何耀华 文章来源:英飞凌科技(中国)有限公司 发布时间:2012-03-20
传统汽车中,电气系统电源通常是12V蓄电池,在带动大型负载(空调,助力转向,加热系统等)时功耗较大.


Easy module外形封装(左边是Easy 1B,右边是Easy 2B)

传统汽车中,电气系统电源通常是12V蓄电池,在带动大型负载(空调、助力转向、加热系统等)时功耗较大。混合动力/电动汽车因为集成了高压动力电池,车载辅助系统电源从12V总线接入高压总线,相同功率情况下,功耗更低。同时,采用高压驱动也能降低辅助系统的驱动电流,从而获得巨大的成本优势。

针对混合动力及电动汽车辅助系统,英飞凌推出了Easy Module系列汽车级IGBT功率模块,包括Easy 1B(1~3kW)和Easy 2B(1~6kW)。

Easy module技术特点

1.灵活的拓扑结构

在Easy 1B和Easy 2B上,Easy module通过不同的内部芯片布局、端子引线,可以灵活的组合出不同拓扑结构及不同功率等级。

(1)IGBT全桥模块 基于Ecom3 IGBT技术,可用于3相电动机驱动。

(2)H桥IGBT模块 基于HS3高频IGBT的H桥模块,可用于混合动力汽车HV到LV的DC/DC转换器及车载充电器。

(3)PTC加热器模块 集成2路高边及3路低边开关,用于PTC驱动,内置温度电阻。

2.无焊接压接技术

压接技术允许IGBT模块的功率端子及信号端子与印刷电路板(PCB)的电镀孔进行连接,通过定义合适的PCB孔径,并控制压接的力矩和行程,经过特殊设计的端子在压接过程中牢固的固定在PCB孔内。主要优势是可靠性的提高(相对于焊接更出色的FIT率)、快速经济的装配以及缩小PCB尺寸。

3.HS3 IGBT高速IGBT

通常IGBT工作频率被限定在10~30kHz范围内,能很好的满足电动机驱动的应用需求。在DC/DC应用中,高开关频率能带来更高的电源转换效率,但需要电力电子器件能够在大于100kHz的开关频率下工作。对此,英飞凌推出了HS3 IGBT(高速IGBT),优化了开关特性使其能满足DC/DC快速开关的应用要求。另外,对比系统损耗发现HS3 IGBT导通损耗略高(Vcesat:2.0V对应1.6V),但开关损耗更低(Eoff:0.34mJ对应0.85mJ),考虑到在DC/DC应用中开关损耗为主,因此HS3 IGBT能大大降低系统损耗,提高效率。

4.汽车级可靠性

涉及IGBT可靠性的主要参数是:温度循环次数和功率循环次数,其共同决定了IGBT的使用寿命。英飞凌IGBT模块在设计及验证上做了相应的改进,以满足严苛的参数要求。

在功率循环中,英飞凌定义了名为“秒级功率循环”(Power Cycling Second电流加热,外部水冷冷却)的加速老化试验,以模拟在电气冲击下,验证绑定线的焊接可靠性。为此,英飞凌汽车级IGBT模块做了相应改进,如绑定线材料改进、芯片结构加强、绑定线连接回路优化以及优化后的焊接工艺等。

在温度循环中,英飞凌通过改进Al2O3陶瓷基片技术,在较小幅度增加成本的前提下,同样可以达到混合动力汽车热循环次数的要求,保证在-40~125℃范围内1000次热冲击试验下完好无损。

此外,英飞凌汽车级IGBT模块还进行了更加严格的振动测试,能够承受超过5g的机械振动和超过30g的机械冲击。同时,IGBT模块内部DBC上放置了用于追溯的标示,在模块外壳也有三维码,可用于产品追溯。

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