用于熱管理和電機(jī)管理的電源解決方案

英飛凌在 APEC 期間展示了各種解決方案，尤其是熱管理方面的最新創(chuàng)新，包括全新 OptiMOS? 系列封裝和 EiceDRIVER? 系列中的新器件 6EDL7141 三相柵極驅(qū)動(dòng)器。在接受采訪時(shí)，英飛凌科技產(chǎn)品營(yíng)銷經(jīng)理 Francesca Pastorelli 和英飛凌科技電池供電電機(jī)解決方案負(fù)責(zé)人 Marijana Vukicevic 強(qiáng)調(diào)了電力電子產(chǎn)品的多樣化設(shè)計(jì)要求如何需要滿足最高安全性的高效解決方案標(biāo)準(zhǔn)。

電動(dòng)滑板車、電動(dòng)叉車和其他輕型電動(dòng)汽車 (LEV) 以及電動(dòng)工具和電池管理系統(tǒng)等應(yīng)用需要高額定電流、穩(wěn)健性和耐用性。選擇滿足應(yīng)用要求的封裝可以讓設(shè)計(jì)人員實(shí)現(xiàn)最高性能。“新的 TOLG [TO-Leaded with Gullwing 導(dǎo)體] 和 TOLT [TO-Leaded 頂部冷卻] 封裝提供極低的 RDS （on）和高于 300 A 的高額定電流，以提高高功率密度設(shè)計(jì)中的系統(tǒng)效率，”帕斯托雷利說。

與此同時(shí)，日益流行的電池供電工業(yè)和消費(fèi)應(yīng)用需要高效、安全的電機(jī)控制解決方案。“EiceDRIVER 系列中的新型 6EDL7141 IC 以 7×7 平方毫米的 48 引腳 VQFN 封裝解決了這些挑戰(zhàn)，”Marijana Vukicevic 說。

熱管理

英飛凌為 TOLx 系列中的 OptiMOS 功率 MOSFET 提供了兩種新封裝。TOLG 結(jié)合了 TOLL 和 D2PAK-7pin 封裝的最佳特性，共享與 TOLL 相同的 10 x 11 mm2 占位面積和電氣性能，以及 D2PAK-7pin 增加的引線靈活性。TOLG 的主要優(yōu)勢(shì)在采用鋁絕緣金屬基板 (Al-IMS) 的設(shè)計(jì)中尤為明顯。在這些設(shè)計(jì)中，熱膨脹系數(shù) (CTE)（描述材料隨溫度變化而改變其形狀的趨勢(shì)）高于銅-IMS 和 FR4 板。

板上溫度循環(huán) (TCoB) 引起的問題會(huì)導(dǎo)致封裝和 PCB 之間的焊接點(diǎn)出現(xiàn)裂紋。憑借鷗翼引線的靈活性，英飛凌證明了 TOLG 實(shí)現(xiàn)的 TCoB 性能是標(biāo)準(zhǔn) IPC-9701 要求的兩倍。

“我們?cè)?TOLG 中看到的另一個(gè)關(guān)鍵特性不僅是電流額定值，而且還與 RDS(on) 有關(guān)。因此電阻比 D 2 PAK低約 15% 。當(dāng)然，這也可以幫助客戶減少電力損失，”Francesca Pastorelli 說。

她補(bǔ)充說：“目標(biāo)應(yīng)用特別是電池管理和所有電動(dòng)汽車。從今天的角度來看，我們擁有最新的技術(shù)，即 60 至 250 伏特的 OptiMOS 5。”

圖 1：冷卻概念比較 TOLL 與 TOLG 與 TOLT（來源：英飛凌）

TOLT 封裝的引線框架倒置以將裸露的金屬放置在頂部，該封裝的每一側(cè)都有多個(gè)鷗翼引線，用于承載高電流的漏極和源極連接。使用倒置的引線框架，熱量直接傳遞到散熱器。與 TOLL 底部冷卻封裝相比，TOLT 將 R thJA提高了 20%，R thJC提高了 50%。

“在 TOLT 中，封裝內(nèi)部的引線框架被翻轉(zhuǎn)，漏極焊盤暴露在封裝頂部。封裝高度和引線公差影響 TIM 厚度及其熱性能。負(fù)間距消除了引線公差的影響。引線和焊盤之間的空間充滿了焊料，”Francesca Pastorelli 說。

圖 2：TOLG 封裝組裝（來源：英飛凌）

TOLT 封裝組裝（來源：英飛凌科技）

英飛凌為電機(jī)控制領(lǐng)域的兩種封裝設(shè)計(jì)了評(píng)估板。Pastorelli指出，在不久的將來，電池管理系統(tǒng)領(lǐng)域?qū)?huì)有更多的評(píng)估板。

電機(jī)控制

EiceDRIVER 6EDL7141 具有用于配置柵極驅(qū)動(dòng)輸出的 SPI 接口，以及用于為所有系統(tǒng)功能供電的集成電源和兩個(gè)電荷泵。該 IC 提供 5.5 至 60 V 的工作電壓和高達(dá) 1.5 A 的可配置驅(qū)動(dòng)電流，驅(qū)動(dòng)各種 MOSFET 和可編程邏輯以適應(yīng)應(yīng)用。智能驅(qū)動(dòng)器具有可調(diào)節(jié)配置，具有不同的電流水平和時(shí)序選項(xiàng)，可控制壓擺率并最大限度地減少系統(tǒng)電磁干擾 (EMI)。

圖 4：通過集成提高功率密度（來源：英飛凌）

圖 5：基于 6EDL7141 的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器——系統(tǒng)框圖（來源：英飛凌）

應(yīng)用范圍從機(jī)器人到電動(dòng)工具和無(wú)人機(jī)。如圖 4 所示，三個(gè)半橋驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)運(yùn)算放大器、LDO 和降壓轉(zhuǎn)換器集成在同一封裝中?！盎旧?，電源管理是關(guān)鍵，運(yùn)算放大器旨在通過霍爾傳感器或分流電阻器進(jìn)行電機(jī)控制，”Vukicevic 說。

基于電荷泵的三相柵極驅(qū)動(dòng)器支持 100% 占空比，并且由于雙電荷泵，即使在低電池電壓下也允許標(biāo)準(zhǔn)電平 MOSFET 驅(qū)動(dòng)。為了優(yōu)化最小 EMI，6EDL7141 支持 7 V、10 V、12 V 和 15 V 之間的可調(diào)柵極驅(qū)動(dòng)器電源電壓設(shè)置以及具有多個(gè)電平/時(shí)序的可調(diào)柵極驅(qū)動(dòng)器壓擺率配置。

Vukicevic 說：“硬件保護(hù)的實(shí)施是為了避免破壞系統(tǒng)?！?“特別是，我們?cè)诜至髌骰?RDS(on) 處具有 OCP [過流保護(hù)]、溫度警告和停機(jī)、基于霍爾傳感器和內(nèi)存故障的轉(zhuǎn)子鎖定檢測(cè)。此外，當(dāng)發(fā)生制動(dòng)事件時(shí)，6EDL7141 會(huì)將柵極驅(qū)動(dòng)器輸出設(shè)置為預(yù)定義狀態(tài)?！?br />
她指出，所有 6EDL7141 設(shè)置都可以通過可用的 GUI 輕松更改。該工具的目的是通過優(yōu)化“制動(dòng)配置”和“PWM 續(xù)流模式”等參數(shù)以及各種電路配置，使設(shè)計(jì)變得快速而簡(jiǎn)單。

審核編輯：湯梓紅