受控的大电流─紧凑型汽车动力系统

1前言

功率控制设备的用户使用第三方系统已经很多年了，因为它们能够降低开发成本，缩短产品的面市时间，易于满足鉴定标准。由于规范要求越来越多，有必要采用更高集成度以及对更加严格地控制系统中的所有元件。

为了满足广大汽车电子市场的要求：叉车、混合动力和电动汽车、大型农用和建筑车辆，赛米控集团组建了系统部门，以将所需的全部专业技术知识融合到一个部门中。该部门与客户密切合作，开发功率系统，然后再以SKAI品牌的形式推向市场。目前已有全集成并通过测试的第2代SKAI系统。

系统部门的成立，是以赛米控在这些市场多年的经验为基础的。公司已经为客户提供集成电力电子组件近20年。最初只是在定制设计的外壳中将功率硅元件和驱动器组合起来，这些已经发展成更加高度的集成，如今还包括可安装软件的电子部件，以构成一个完整系统的控制电子设备。

SKAI汽车动力系统号称具有高集成度，并相对于可比的竞争对手系统，提供了一些主要的优势。它们是按照最新的汽车标准和系统鉴定标准开发的，可缩短产品面市时间并降低开发成本。SKAI系统以标准平台的形式提供，带有低压MOSFET或高压IGBT作为功率器件的基础。SKAI系统也可满足单独客户的要求。赛米控是一家全套系统供应商，领域涵盖了从可行性和原理验证研究，到最优系统架构的开发、电气和机械模拟、终端验证和完整系统系列产品的生产。

2一个系统、三种类型

高压SKAI2可作为水冷600/1200VIGBT逆变系统，并已为诸如纯电动汽车，插电式混合动力汽车和电动巴士等应用进行了优化。该系统是基于赛米控专利烧结工艺、100％无焊接的SKiM93IGBT模块，采用了聚丙烯薄膜直流环节电容、驱动电路、最新一代DSP控制器、EMC滤波器、电流传感器、电压和温度传感器，这些全部都被集成在一个IP67等级的模块外壳中。与汽车主控制器的通信是通过CAN总线。这些系统是为高达150kW的输出功率而设计的（见图1和图2）。图2所示逆变系统已被优化用于如纯电动汽车、插电式混合动力汽车和电动巴士等。

图1一个典型的SKAI系统架构

图2高压SKAI系统可用作水冷600/1200VIGBT逆变系统

低压SKAI2可作为风冷或水冷的50/100/150/200VMOSFET单、双逆变器系统，主要用在叉车和其他物料搬运应用中。这些系统适用于输出高达40kW的电机。它们包含了类似于IGBT系统的许多相同的特性，因此，它们以同样的方式为客户提供最优化的系统产品，使用了相同的核心控制系统和I/O连接，以及同样的系统结构。

第三种类型的SKAI2平台，是一个集成多个逆变器的系统。这些系统也被封装在一个水冷式、IP67防护等级的壳体中，通过CAN总线和车辆的主控制器通讯。信号接口具有模拟和数字I/O，允许连接多种传感器，如温度传感器和旋变信号的输入。一个典型的多逆变器系统包括一个三相40kVA有源前端整流器、一个三相20kVA驱动逆变器、一个三相10kVA驱动逆变器和一个14V/300A或28V/165A的DC/DC转换器。（见图3和图4）。

图3一个典型多逆变器系统的拓扑结构

图4SKAI2高集成度多逆变器系统

所有的SKAI2模块，全部使用如高加速寿命测试（HALT）和组件寿命终止试验之类的分析来进行完整鉴定，在设计周期的各个关键点进行完全失效模式效应分析研究，以确保它们符合相关的汽车标准。功率半导体的热接触和电接触采用了压接技术，该技术能够延长使用寿命且具有高负载循环能力。系统和半导体组件都是在高科技生产工艺下制造的，包括下线功能测试。如果需要，会进行100％的老化测试，以确保产品的高品质。

3新颖的技术

影响功率系统效率和可靠性的因素有很多。为了实现能量、成本和空间效率的最大化，以及高可靠性，在设计和制造功率系统的过程中，将最好的硅元件、封装、布局、热性能以及控制结合起来是重要的。如果设计者依靠现成的组件，这通常是困难的。能够优化硅元件的选择并能够为系统的最优性能将其连接起来是重要的。

许多系统供应商关注单一的技术，如MOSFET或IGBT，或可能专注于单一电压应用。然而，现今系统需求的很大差异，使得能够从最广泛的半导体技术中选出一个最适合应用的技术是很重要的。此外，在设计过程中还必须考虑到许多取决于半导体技术的问题以及它们之间的关系，以确保硬件为应用而进行了优化，这一点也是重要的。由于赛米控是功率半导体的主要制造商，它可以超越一些领域的界限，如温度和尺寸大小。例如，公司生产的IGBT和MOSFET驱动器产量非常大，并由此开发了优化过的专用集成电路（ASIC），大大减少了元件的数量，提高了可靠性，同时显著减小了尺寸。