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電路板廠之對(duì)于功率模塊電動(dòng)汽車需要什么樣的

文章來源：電子發(fā)燒友作者：梁波靜查看手機(jī)網(wǎng)址

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人氣：3761發(fā)布日期：2019-08-16 10:23【大中小】

半導(dǎo)體在汽車中的應(yīng)用集中為傳感器、微控制器和功率半導(dǎo)體。隨著汽車電子化率的提高，底盤、動(dòng)力總成和ADAS用MCU微控制器芯片和傳感器在新能源汽車上的應(yīng)用要高出燃油車。但是它們不如功率半導(dǎo)體增加量來得明顯。

與傳統(tǒng)燃油車和弱混動(dòng)力車相比，電動(dòng)汽車少了發(fā)動(dòng)機(jī)和啟停系統(tǒng)，但多出了電池、電機(jī)、電控核心部件以及車載DCDC、電空調(diào)驅(qū)動(dòng)、車載充電器（OBC）等電力電子裝置。電路板廠了解到，它們將動(dòng)力電池所存儲(chǔ)的電能轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)電機(jī)、車載低壓用電設(shè)備、空調(diào)電機(jī)所需的電能。這都離不開能夠?qū)崿F(xiàn)電能轉(zhuǎn)換和控制的功率半導(dǎo)體。

核心部件中電池和驅(qū)動(dòng)電機(jī)代替燃油車的燃油和發(fā)動(dòng)機(jī)，為車輛的行駛提供澎湃的動(dòng)力。此時(shí)，電機(jī)控制器通過功率器件的轉(zhuǎn)換，將動(dòng)力電池中的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姡瑸轵?qū)動(dòng)電機(jī)提供電能。傳統(tǒng)燃油車中，高壓功率半導(dǎo)體如IGBT僅有少量位于發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火器中。而在混合動(dòng)力車、插電式混合動(dòng)力車和純電動(dòng)汽車中，功率半導(dǎo)體用于逆變器中的體量是非點(diǎn)火器可以相較的。

比亞迪微電子IGBT產(chǎn)品中心產(chǎn)品總監(jiān)楊欽耀曾對(duì)NE時(shí)代記者詳細(xì)解釋了用于主電機(jī)驅(qū)動(dòng)中的功率半導(dǎo)體。他指出，混合動(dòng)力車、插電式混合動(dòng)力車和純電動(dòng)汽車需要擅長大功率作戰(zhàn)的功率半導(dǎo)體。它們對(duì)功率器件的需求一般為輸出功率在20-200kW，平均功率大約在70kW。這時(shí)，電機(jī)控制器廠家一般會(huì)選用導(dǎo)通壓降小、耐壓高、輸出功率高的IGBT芯片，而非用于燃油車或輕混車中的MOSFET。

主電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中對(duì)功率器件的功率要求高出車載DCDC變換器、OBC、電空調(diào)驅(qū)動(dòng)。例如OBC（充電+逆變）需要輸出功率為10-40kW的IGBT功率器件。

功率器件在新能源汽車上發(fā)揮的功用要高出燃油車許多，這也就體現(xiàn)了它的價(jià)值。PCB小編獲悉，有數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)到，新能源汽車中功率器件的成本高達(dá)387美元，占整車半導(dǎo)體價(jià)值的55%。而傳統(tǒng)燃油車中功率器件的單車價(jià)值約為60美元。新能源汽車相比傳統(tǒng)燃油汽車新增的半導(dǎo)體成本中，功率器件成本約為269美元，占總增加成本的76%。

IGBT是由電壓驅(qū)動(dòng)進(jìn)行導(dǎo)通的功率器件。在逆變器中將高壓電池的直流電轉(zhuǎn)成交流電后，電機(jī)再輸出功率，驅(qū)動(dòng)車輪前行。它在工作過程中產(chǎn)生的熱量約占輸送能量的10%，這也就意味著它會(huì)損失10%左右的傳遞效率。因此降低工作損耗，是IGBT進(jìn)化中的一個(gè)努力方向。

在國內(nèi)半導(dǎo)體廠商中，比亞迪微電子去年推出了最新的IGBT4.0芯片。同等工況下，這款I(lǐng)GBT綜合損耗較當(dāng)前市場(chǎng)主流的IGBT降低了約20%。這意味著電流通過IGBT器件時(shí)，受到的損耗降低，使得整車電耗顯著降低。芯片升級(jí)進(jìn)化后，功率模塊作用到逆變器中時(shí)還需考慮到散熱效率。高電壓、高電流帶來的熱積累，可能導(dǎo)致功率器件被擊穿或燒毀。提升散熱效率，就可以減小功率器件失效的可能性。

不僅如此，三合一電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)已經(jīng)成為一種發(fā)展趨勢(shì)，為了滿足緊湊化設(shè)計(jì)，車企及供應(yīng)商對(duì)功率器件提出小型化的設(shè)計(jì)要求。IGBT芯片接觸散熱器的面積自然就會(huì)減少，對(duì)散熱而言是一個(gè)挑戰(zhàn)。線路板廠覺得。如何解決散熱問題，是電驅(qū)動(dòng)功率模塊向前發(fā)展必須解決的一個(gè)難題。

IGBT最早推出來的時(shí)候其實(shí)不是為電動(dòng)汽車準(zhǔn)備的，而是為了工業(yè)領(lǐng)域。功率器件公司普及提供的是半橋結(jié)構(gòu)的間接水冷模塊。這一代產(chǎn)品有個(gè)弊端即是在散熱上。它們均是基于單面散熱為主，輸出的功率有限。

比亞迪認(rèn)為，適用于汽車領(lǐng)域的IGBT模塊需為直接水冷。例如，秦DM使用的V-315模塊取消了散熱片，在背面增加了針翅狀的Pin-fin流道結(jié)構(gòu)。這樣它就不需要導(dǎo)熱硅脂，而是直接在散熱器上開一個(gè)口，針翅插下去之后，加上密封圈通過冷卻液直接散熱。最終帶來的效果是，熱阻降低40%。從目前看，比亞迪的IGBT模塊應(yīng)用已經(jīng)走到第三代雙面散熱技術(shù)。不過，其Pin-fin底板全橋結(jié)構(gòu)的V-315是全球裝車量最多的全橋IGBT模塊。

為了進(jìn)一步提升電驅(qū)的功率密度，許多車企開始考慮雙面散熱的技術(shù)。其目的在于進(jìn)一步提高散熱的效率，減少模塊使用量。在雙面散熱模塊中，芯片的正面和背面都通過焊接的方式焊接起來，連接到散熱器。與直接水冷模塊相比，雙面散熱的熱阻可以進(jìn)一步降低30%。

雙面散熱功率模塊已經(jīng)被一些車企所接受和認(rèn)可。據(jù)了解，寶馬、奔馳、沃爾沃已在采用雙面散熱功率模塊。雖然這項(xiàng)技術(shù)僅在少量電動(dòng)汽車中有所使用，但更低芯片損耗、更強(qiáng)電流輸出能力、更高散熱效率的功率模塊對(duì)電動(dòng)汽車而言已成為一種趨勢(shì)。

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