電路板廠之對于功率模塊電動汽車需要什么樣的

文章來源：電子發燒友作者：梁波靜查看手機網址

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人氣：4044發布日期：2019-08-16 10:23【大中小】

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

與傳統燃油車和弱混動力車相比，電動汽車少了發動機和啟停系統，但多出了電池、電機、電控核心部件以及車載DCDC、電空調驅動、車載充電器（OBC）等電力電子裝置。電路板廠了解到，它們將動力電池所存儲的電能轉化為驅動電機、車載低壓用電設備、空調電機所需的電能。這都離不開能夠實現電能轉換和控制的功率半導體。

核心部件中電池和驅動電機代替燃油車的燃油和發動機，為車輛的行駛提供澎湃的動力。此時，電機控制器通過功率器件的轉換，將動力電池中的直流電轉變為交流電，為驅動電機提供電能。傳統燃油車中，高壓功率半導體如IGBT僅有少量位于發動機點火器中。而在混合動力車、插電式混合動力車和純電動汽車中，功率半導體用于逆變器中的體量是非點火器可以相較的。

比亞迪微電子IGBT產品中心產品總監楊欽耀曾對NE時代記者詳細解釋了用于主電機驅動中的功率半導體。他指出，混合動力車、插電式混合動力車和純電動汽車需要擅長大功率作戰的功率半導體。它們對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，電機控制器廠家一般會選用導通壓降小、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。

主電機驅動系統中對功率器件的功率要求高出車載DCDC變換器、OBC、電空調驅動。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揮的功用要高出燃油車許多，這也就體現了它的價值。PCB小編獲悉，有數據統計到，新能源汽車中功率器件的成本高達387美元，占整車半導體價值的55%。而傳統燃油車中功率器件的單車價值約為60美元。新能源汽車相比傳統燃油汽車新增的半導體成本中，功率器件成本約為269美元，占總增加成本的76%。

IGBT是由電壓驅動進行導通的功率器件。在逆變器中將高壓電池的直流電轉成交流電后，電機再輸出功率，驅動車輪前行。它在工作過程中產生的熱量約占輸送能量的10%，這也就意味著它會損失10%左右的傳遞效率。因此降低工作損耗，是IGBT進化中的一個努力方向。

在國內半導體廠商中，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IGBT綜合損耗較當前市場主流的IGBT降低了約20%。這意味著電流通過IGBT器件時，受到的損耗降低，使得整車電耗顯著降低。芯片升級進化后，功率模塊作用到逆變器中時還需考慮到散熱效率。高電壓、高電流帶來的熱積累，可能導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，三合一電驅動系統已經成為一種發展趨勢，為了滿足緊湊化設計，車企及供應商對功率器件提出小型化的設計要求。IGBT芯片接觸散熱器的面積自然就會減少，對散熱而言是一個挑戰。線路板廠覺得。如何解決散熱問題，是電驅動功率模塊向前發展必須解決的一個難題。

IGBT最早推出來的時候其實不是為電動汽車準備的，而是為了工業領域。功率器件公司普及提供的是半橋結構的間接水冷模塊。這一代產品有個弊端即是在散熱上。它們均是基于單面散熱為主，輸出的功率有限。

比亞迪認為，適用于汽車領域的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流道結構。這樣它就不需要導熱硅脂，而是直接在散熱器上開一個口，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模塊應用已經走到第三代雙面散熱技術。不過，其Pin-fin底板全橋結構的V-315是全球裝車量最多的全橋IGBT模塊。

為了進一步提升電驅的功率密度，許多車企開始考慮雙面散熱的技術。其目的在于進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一步降低30%。

雙面散熱功率模塊已經被一些車企所接受和認可。據了解，寶馬、奔馳、沃爾沃已在采用雙面散熱功率模塊。雖然這項技術僅在少量電動汽車中有所使用，但更低芯片損耗、更強電流輸出能力、更高散熱效率的功率模塊對電動汽車而言已成為一種趨勢。

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