来源:杏彩体育官网 发布时间: 2024-12-23 09:34:44 点击量:1
已经开发了很多,但是有一个模块需要引起行业内的重视,那就是电机驱动部分,则是电机驱动部分最核心的元件
要弄明白IGBT模块,就要先了解新能源汽车的电驱系统,先用一句话概括电驱系统如何工作:在驾驶新能源汽车时,电机把动力电池放出的直流电(DC)变为交流电(AC)(这个过程即逆变),让驱动电机工作,电机将电能转换成机械能,再通过传动系统(主要是减速器)让汽车的轮子跑起来。反过来,把车轮的机械能转换存储到电池的过程就是动能回收。
三电系统,即动力电池(简称电池)、驱动电机(简称电机)、电机(简称电控),也被人们成为三大件,加起来约占新能源车总成本的70%以上,是决定整车运动性能核心的组件。
但严格定义上讲,根据进精电动招股说明书,电驱动系统包括三大总成:驱动电机总成(将动力电池的电能转化为旋转的机械能,是输出动力的来源)、总成(基于功率半导体的硬件及软件设计,对驱动电机的工作状态进行实时控制,并持续丰富其他控制功能)、传动总成(通过齿轮组降低输出转速提高输出扭矩,以保证电驱动系统持续运行在高效区间)。
一开始电机、电控、减速器都是各自独立的零部件,但随着技术的进步,我们把这三个部分集合在一起做成一个部件,就变成了“三合一电驱”。集成的目的主要是节省空间、降低重量、提升性能、降低成本。
目前市场上集成度较高的有比亚迪旗下弗迪动力的“八合一电动力总成”,这套八合一电驱系统集成了驱动电机、电机、减速器、车载充电器、直流变换器、配电箱、整车、电池管理器。
当然,也并不是说集成度越高就越好,需要解决的有散热结构设计、系统稳定性、生产工艺成熟度等问题,对消费者来说,后期维修成本也是一大问题。所以具体怎样选用多合一电驱系统还需要综合。
通过非通即断的半导体特性,不考虑过渡过程和寄生效应,我们将单个IGBT芯片看做一个理想的开关。我们在模块内部搭建起若干个IGBT芯片单元的并串联结构,当直流电通过模块时,通过不同开关组合的快速开断,来改变电流的流出方向和频率,从而输出得到我们想要的交流电。
IGBT模块的标准封装形式是一个扁平的类长方体,下图为HP1模块的正上方视角,最外面白色的都是塑料外壳,底部是导热散热的金属底板(一般是铜材料)。可以看到模块外面还有非常多的端子和引脚,各自有自己的作用:
1是DC正,2是DC负;3,4,5是三相交流电的U、V、W接口;6,25,22是集电极的信号端子,7,9,11,13,15,17是门极信号端子;8,10,12,14,16,18是发射极信号端子;19是DC负极信号端子;23,24是NTC热敏电阻端子。
如上图所示,在IGBT模块/单管中,一般统称一单元是IGBT单管,二单元是单个桥臂(半桥),四单元是H桥(单相桥),六单元是三相桥(全桥),七单元一般是六单元+一个制动单元,八单元一般是六单元+制动单元+预充电单元。
如上图所示,可以看到IGBT模块横切面的界面,目前壳封工艺的模块基本结构都相差不大。IGBT模块封装的流程大致如下:
贴片→真空回流焊接→清洗→X-ray缺陷检测→引线键合→静态测试→二次焊接→壳体灌胶与固化→端子成形→功能测试(动态测试、绝缘测试、反偏测试)
贴片,首先将IGBT wafer上的每一个die贴片到DBC上。DBC是覆铜陶瓷基板,中间是陶瓷,双面覆铜,DBC类似PCB起到导电和电气隔离等作用,常用的陶瓷绝缘材料为氧化铝(Al2O3)和氮化铝(AlN);
X-ray空洞检测,需要检测在敢接过程中出现的气泡情况,即空洞,空洞的存在将会严重影响器件的热阻和散热效率,以致出现过温、烧坏、爆炸等问题。一般汽车IGBT模块要求空洞率低于1%;
接下来是wire bonding工艺,用金属线将die和DBC键合,使用最多的是铝线,其他常用的包括铜线、铜带、铝带;
HP1全桥封装,主要用在中小功率车型上,包括部分A级车、绝大部分的A0、A00车,峰值功率一般在70kW以内,型号以650V400A为主,其他规格如750V300A、750V400A、750V550A等;
HPD全桥封装,中大功率型车上使用,大部分A级车及以上,以750V820A的规格占据市场主流,其他规格如750V550A等;
DC6全桥封装,基于UVW三相全桥的整体式封装方案,具备封装紧凑,功率密度高,散热性能好等特点;
TO247单管并联,市场上也有少量使用TO247单管封装的电控系统方案。使用单管并联方案的优势主要有两点:①单管方案可以实现灵活的线路设计,需要多大的电流就用相应的单管并联就好了,所以成本也有一定优势;②寄生电感问题比IGBT模块好解决。但是使用单管并联也存在一些待解决的难点:①每个并联单管之间均流和平衡比较困难,一致性比较难得到保障,例如实现同时的开断,相同的电流、温度等;②客户的系统设计、工艺难度非常大;③接口比较多,对产线的要求很高。
汽车IGBT模块对产品性能和质量的要求要明显高于消费和工控领域,因此车规认证成为了汽车IGBT模块市场的最重要壁垒,一般来说,车规级IGBT需要2年左右的车型导入周期。
汽车IGBT模块测试标准主要参照AEC-Q101和AQG-324,同时车企会根据自己的车型特点提出相应的要求,主要测试方法包括:参数测试、ESD测试、绝缘耐压、机械振动、机械冲击、高温老化、低温老化、温度循环、温度冲击、UHAST(高温高湿无偏压)、HTRB(高温反偏)、HTGB(高温删偏)、H3TRB/HAST(高温高湿反偏)、功率循环、可焊性。
其率循环和温度循环作为代表的耐久测试,要求极为严格,例如功率循环次数可能从几万次到十万次不等。主要目的是测试键合线、焊接层等机械连接层的耐久情况。测试时的失效机理主要是,芯片、键合线、DBC、焊料等的热膨胀系数不一致,导致键合线脱落、断裂,芯片焊层分离,以及焊料老化等。
随着国内新能源汽车产业的快速发展,产业链上游大有逐步完成国产替代,甚至引领世界的趋势,诸如整车品牌、动力电池、电池材料等等已经走得比较靠前。而汽车电控IGBT模块是新能源汽车最核心的功率器件,之前一直被诸如英飞凌、安森美、赛米控、三菱电机等国外供应商垄断,但随着比亚迪半导体、斯达半导、中车时代、士兰微、翠展微等国内供应商的崛起,目前在一定程度上已经能够满足国产需求,相信在不久的将来,国内汽车半导体企业会更大更强!
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的极限值 /
的使用分析,各项技术指标 /
的起源可以追溯到20世纪80年代,当时日本的电子工程师们致力于克服传统功率器件的局限性,尤其是普通双极晶体管和场效应晶体管(FET)。
(IPM Modules) /
的主要参数有哪些? /
品牌 /
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