基于安森美ASPM27模塊的汽車電動壓縮機(jī)解決方案

以下文章來源于道芯IC，作者道芯

電動壓縮機(jī)是一種機(jī)械裝置，它可以通過減少最初增加壓力的氣體的體積，將低壓下的氣體轉(zhuǎn)換為高壓下的氣體。在熱管理系統(tǒng)中，這可以使制冷劑在壓力下循環(huán)。這些電動壓縮機(jī)擁有現(xiàn)代創(chuàng)新技術(shù)，與傳統(tǒng)壓縮機(jī)相比，這些電動壓縮機(jī)更安靜、更高效，因為它們可以使用電力供電，從而減少環(huán)境中的有害排放。

這些電動壓縮機(jī)廣泛用于不同的應(yīng)用，例如空調(diào)、汽車、冰箱和其他需要壓縮氣體的用例。新的廣泛采用的電動汽車行業(yè)特別需要電動壓縮機(jī)來完成汽車的生產(chǎn)，并確保車輛的平穩(wěn)運(yùn)行和運(yùn)行。電動汽車制造商將電動壓縮機(jī)用于車輛中的空調(diào)系統(tǒng)，該系統(tǒng)為駕駛員冷卻駕駛室，同時還冷卻安裝在電動汽車中的電池，使其工作。在包括電動汽車的空調(diào)、熱管理系統(tǒng)以及冷卻循環(huán)中，采用智能功率模塊驅(qū)動的電動壓縮機(jī)、熱泵和水泵正在加速實(shí)現(xiàn)高效、輕量化設(shè)計，推動提高汽車整體系統(tǒng)能效。

先進(jìn)智能功率模塊（ASPM）正面臨電動汽車壓縮機(jī)的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

在電氣化浪潮的推動下，汽車壓縮機(jī)技術(shù)正經(jīng)歷著前所未有的變革。電動壓縮機(jī)是電動汽車熱管理的核心部件，除了可以提高車廂內(nèi)的環(huán)境舒適度（制冷，制熱）以外，對電驅(qū)動系統(tǒng)的溫度控制發(fā)揮著重要作用，對電池的使用壽命、充電速度和續(xù)航里程都至關(guān)重要。

這對壓縮機(jī)提出了新的要求：更高的能效、更快的響應(yīng)速度、以及在有限空間內(nèi)的集成化設(shè)計。此外，由于電動汽車的能源直接來源于電池，壓縮機(jī)的功耗直接影響車輛的續(xù)航能力，因此降低能耗成為設(shè)計的關(guān)鍵。這些需求離不開壓縮機(jī)驅(qū)動電路的設(shè)計和優(yōu)秀器件的選型，特別是電動壓縮機(jī)控制器。

電動壓縮機(jī)是電動汽車熱管理的核心部件

電動壓縮機(jī)控制器功能包括：驅(qū)動電機(jī)（逆變電路：包括ASPM模塊或者分立器件搭載門極驅(qū)動，電壓/電流/溫度檢測及保護(hù)，電源轉(zhuǎn)換），與主機(jī)通訊（CAN或者LIN接收啟停和轉(zhuǎn)速信號，發(fā)送運(yùn)行狀態(tài)和故障信號）等，安森美（onsemi）作為全球領(lǐng)先的高性能半導(dǎo)體供應(yīng)商，正以其創(chuàng)新的技術(shù)方案引領(lǐng)這一領(lǐng)域的發(fā)展，提供高效、集成、可靠的汽車壓縮機(jī)半導(dǎo)體解決方案。

特別值得一提的是安森美的逆變電路ASPM模塊方案。針對這些挑戰(zhàn)，安森美推出了汽車級智能功率模塊（ASPM）系列解決方案，專為電動汽車壓縮機(jī)設(shè)計。ASPM是一種高度集成的智能功率模塊，它集成了先進(jìn)的絕緣柵雙極晶體管(IGBT)、快速恢復(fù)二極管、門極驅(qū)動電路和保護(hù)功能于一體，顯著提升了系統(tǒng)的整體性能。例如，NFVA36065L42型號支持高達(dá)60A的電流和40kHz的開關(guān)頻率，能輸出10kW以上的功率，適用于對效率和動態(tài)響應(yīng)有嚴(yán)格要求的場景。

三大維度解讀電動壓縮機(jī)方案的價值主張

電動壓縮機(jī)在現(xiàn)代汽車，尤其是電動和混合動力車輛中，扮演著至關(guān)重要的角色。為了確保其高效、可靠地運(yùn)行，電動壓縮機(jī)對產(chǎn)品性能有多方面的嚴(yán)格需求。包括高效能和高功率密度、防止過熱和性能下降的熱管理等等，安森美專為電動汽車壓縮機(jī)設(shè)計的ASPM系列及配套解決方案很好的滿足了這些需求。

ASPM的熱性能優(yōu)勢

高頻脈沖寬度調(diào)制的優(yōu)勢。ASPM解決方案支持高達(dá)40kHz的高頻脈沖寬度調(diào)制(PWM)，這意味著電動壓縮機(jī)能以更快的速度運(yùn)行，從而減少噪音、振動和不平順性(NVH)，提高乘客舒適度。高頻運(yùn)行還有助于減小外部濾波器的尺寸，進(jìn)而縮小整個系統(tǒng)的體積和重量，這對于空間寶貴的電動汽車尤為重要。

熱管理與效率提升。安森美提供的解決方案不僅限于驅(qū)動模塊本身，還包括一系列輔助元器件，如DC-DC轉(zhuǎn)換器、LDO穩(wěn)壓器、EEPROM存儲器和運(yùn)算放大器等，形成了一個完整的生態(tài)系統(tǒng)，支持從電源管理到信號處理的全方位需求。尤其是其內(nèi)置的溫度傳感功能和過溫保護(hù)機(jī)制，確保了電動壓縮機(jī)在極端工況下的穩(wěn)定性和可靠性。

面向未來的半導(dǎo)體策略。考慮到汽車市場的多樣化需求，安森美還提供了不同電壓等級和電流容量的產(chǎn)品線，包括650V和1200V的ASPM，覆蓋了從30A到60A的電流范圍，以適應(yīng)不同車型和應(yīng)用的需求。這些解決方案均遵循嚴(yán)格的汽車級質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)AEC-Q100/101和AQG324，確保在惡劣環(huán)境下也能穩(wěn)定工作。

基于ASPM27的汽車電動壓縮機(jī)解決方案解讀

安森美汽車級智能功率模塊是一種集成了功率半導(dǎo)體器件、驅(qū)動電路和控制電路的模塊化解決方案，旨在提供高效、可靠、緊湊的電力轉(zhuǎn)換和控制。其主要工藝特色包括模塊功率芯片和IC芯片被直接焊接到銅質(zhì)的引腳框架上，接著用陶瓷覆蓋引腳框架，最后放到環(huán)氧樹脂中澆鑄成型。相比分立方案來說大大減小了寄生電感，減少了整體設(shè)計的器件的數(shù)量和PCB板所需的面積，提供高絕緣耐壓并能維持良好散熱性能。

ASPM27的高集成度優(yōu)勢

例如，安森美的ASPM27系列汽車智能功率模塊（ASPM）專為電動壓縮機(jī)等汽車輔助電機(jī)應(yīng)用設(shè)計，具有高度集成、高效能和高可靠性的特點(diǎn)。該系列模塊集成了功率器件和驅(qū)動電路，簡化了系統(tǒng)設(shè)計，減少了外部元件的數(shù)量，從而提高了系統(tǒng)的可靠性和設(shè)計效率。采用先進(jìn)的FS4 IGBT技術(shù)，ASPM27模塊優(yōu)化了開關(guān)損耗，適用于快速開關(guān)應(yīng)用，這不僅提升了電動壓縮機(jī)的效率，還顯著降低了能耗。

在熱管理方面，ASPM27模塊設(shè)計中包含了高效的熱管理方案，確保在高功率密度應(yīng)用中保持穩(wěn)定的工作溫度，延長了模塊的使用壽命。此外，模塊內(nèi)置了多種保護(hù)功能，包括過流保護(hù)、過溫保護(hù)和短路保護(hù)，確保系統(tǒng)在異常情況下的安全性。

650V ASPM27 系列的 PCB 布局

電磁兼容性（EMC）也是ASPM27系列的一大優(yōu)勢，設(shè)計中充分考慮了電磁干擾（EMI）的抑制，確保模塊在復(fù)雜的汽車環(huán)境中穩(wěn)定運(yùn)行。緊湊的封裝形式使得該模塊適合空間受限的汽車應(yīng)用，便于集成到電動壓縮機(jī)系統(tǒng)中。

小結(jié)

安森美憑借其在汽車電子領(lǐng)域的深厚積累，正以前沿的半導(dǎo)體技術(shù)重新定義電動壓縮機(jī)的性能標(biāo)準(zhǔn)，提供了豐富的解決方案。除了本文提到的ASPM27，還有例如屢獲殊榮的APM21 模塊就集成了 6 個 100 V MOSFET（3 個半橋），可處理典型的汽車48 V 逆變器、電動壓縮機(jī)和其他大功率輔助設(shè)備應(yīng)用。

這些通過不斷優(yōu)化的解決方案，不僅實(shí)現(xiàn)了能效與體積的雙重突破，也為電動壓縮機(jī)制造商提供了更加靈活、高效的設(shè)計選項，助力電動汽車行業(yè)向更清潔、更智能的未來邁進(jìn)。隨著電動汽車市場的持續(xù)增長，安森美的半導(dǎo)體解決方案無疑將繼續(xù)在汽車壓縮機(jī)領(lǐng)域發(fā)揮核心作用，引領(lǐng)技術(shù)創(chuàng)新的潮流。