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如何提高汽車動力總成中電磁閥和致動器應(yīng)用的可靠性

KOKOKO123 ? 來源:安世半導(dǎo)體 ? 作者:Richard Ogden ? 2023-02-08 10:26 ? 次閱讀

在車輛的整個使用壽命中,安全可靠地驅(qū)動電磁閥和制動器至關(guān)重要。在諸如發(fā)動機(jī)控制、變速箱控制和制動系統(tǒng)等應(yīng)用中,可能需要運(yùn)行幾十億次循環(huán)。

通常,在驅(qū)動電磁閥和制動器時(shí),工程師有四種拓?fù)淇梢赃x擇。最合適的拓?fù)淙Q于特定的應(yīng)用需求,包括性能、效率、器件數(shù)量、可用的PCB空間。

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電磁閥電流波形

所有拓?fù)涠际褂谩胺逯岛捅3帧备拍睿词紫仁褂幂^高(峰值)電流來激活機(jī)械電磁閥,然后降低電流(保持)以保持機(jī)械運(yùn)動。第一個選項(xiàng)是升壓拓?fù)洌瑢㈦姵仉妷荷?0 V。盡管這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)最節(jié)能,但是需要的器件數(shù)量最多,并且在DC-DC轉(zhuǎn)換電路內(nèi)部還需要保護(hù)二極管和其他MOSFET

續(xù)流二極管拓?fù)湫枰钠骷^少。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)控制電磁閥電流的方式與升壓設(shè)計(jì)相同,但控制電壓為14V。在關(guān)斷時(shí),通過續(xù)流二極管進(jìn)行能量耗散。因此,二極管的固有效率將決定整個系統(tǒng)的效率。

第三種方法采用有源鉗位的形式控制感性負(fù)載。它使用的器件數(shù)量與續(xù)流二極管設(shè)計(jì)類似。但是在這種設(shè)計(jì)中,在關(guān)斷時(shí)齊納二極管將開啟低端MOSFET,并且能量將通過MOSFET耗散。在這種特殊的設(shè)計(jì)中,需要仔細(xì)考慮低邊MOSFET的安全工作區(qū)域(SOA),以確保重新開啟器件時(shí)不會損壞該組件。

最后的選項(xiàng)是重復(fù)雪崩設(shè)計(jì),該設(shè)計(jì)利用低邊MOSFET在雪崩條件下重復(fù)工作的能力。當(dāng)超過MOSFET的BDVSS時(shí),就會發(fā)生雪崩,并迫使MOSFET進(jìn)入雪崩擊穿狀態(tài)。在采用重復(fù)雪崩關(guān)斷電路時(shí),電感負(fù)載中的能量通過低端MOSFET耗散。這種方法簡化了設(shè)計(jì),因?yàn)樗璧钠骷绕渌N方案都少。此外,在所有四種拓?fù)渲校年P(guān)閉時(shí)間最短(按照速度排序:重復(fù)雪崩、升壓、有源鉗位和續(xù)流)。這一特性非常重要,因?yàn)楦痰年P(guān)斷時(shí)間不僅能夠改善電磁閥和制動器等器件的精確控制,還能延長這些機(jī)電設(shè)備的使用壽命。

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驅(qū)動電磁閥和制動器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

直到最近,工程師才能自由地選擇使用重復(fù)雪崩的拓?fù)洌驗(yàn)榭晒┻x擇的MOSFET,過去僅限于基于較舊平面半導(dǎo)體技術(shù)的器件,而不是性能和效率更高的溝槽結(jié)構(gòu)。Nexperia針對這一挑戰(zhàn)推出了最新的汽車級MOSFET。

安世半導(dǎo)體推出首款基于高性能溝槽芯片結(jié)構(gòu)的雙路MOSFET。其重復(fù)雪崩性能得到十億次雪崩事件測試的保證。除了重復(fù)雪崩方案固有的空間和BoM(材料清單)優(yōu)勢外,將兩個芯片集成到緊湊的封裝中還有助于進(jìn)一步減少電路板面積,并提高系統(tǒng)可靠性。

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應(yīng)用;適合重復(fù)雪崩MOSFET

新的MOSFET完全符合AEC-Q101汽車標(biāo)準(zhǔn)175°C認(rèn)證,提供40 V和60 V選項(xiàng),典型RDS(ON)額定值為12.5mΩ至55mΩ。所有器件均采用公司節(jié)省空間的LFPAK56(Power-SO8)銅夾片封裝技術(shù)。該封裝堅(jiān)固、耐用而且可靠;配備鷗翼引腳,改進(jìn)了可制造性,包括兼容自動光學(xué)檢查(AOI)。

審核編輯:郭婷

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