汽車電動化的基礎(chǔ)步驟之一，是將內(nèi)燃機(ICE)與電動機相集成，進而打造出輕度混合動力汽車(MHEVs)。作為邁向全面汽車電動化的關(guān)鍵里程碑，輕度混合動力汽車受到了暫未準(zhǔn)備好轉(zhuǎn)向純電動汽車的駕駛者的廣泛認可。

輕度混合動力汽車的混合動力解決方案，由一臺搭載 48V 鋰離子電池的起動發(fā)電機實現(xiàn)。無論是采用皮帶傳動起動發(fā)電機(BSG)還是集成式起動發(fā)電機(ISG)，該裝置都扮演著雙重角色：既替代了傳統(tǒng)的起動機和發(fā)電機模塊，同時又提升了內(nèi)燃機的性能。

汽車制造商只需對現(xiàn)有車型設(shè)計進行一定調(diào)整，就能輕松應(yīng)用 48V 輕度混合動力技術(shù)，并將其作為新車型的標(biāo)配，從而滿足全球消費者的需求。輕度混合動力汽車是兼具經(jīng)濟性與環(huán)保性的選擇，在承擔(dān)環(huán)保責(zé)任與兼顧經(jīng)濟實用性之間取得了平衡，因此成為消費者青睞的車型。

在降低內(nèi)燃機汽車排放量、提升燃油效率方面，起動發(fā)電機一直是 48V 技術(shù)的傳統(tǒng)核心應(yīng)用方向;此外，相關(guān)減排技術(shù)還包括電動渦輪增壓器、廢氣再循環(huán)(EGR)泵以及電加熱催化轉(zhuǎn)化器等。更高的電壓(指 48V)在驅(qū)動高能耗部件時，能實現(xiàn)更高的效率。

系統(tǒng)描述

輕度混合動力電動汽車 (MHEV) 中的起動發(fā)電機

MHEV 是一種將內(nèi)燃機 (ICE) 與 5kW 至 25kW 電動機相結(jié)合的汽車， 這種組合也稱為皮帶起動發(fā)電機 (BSG) 或集成起動發(fā)電機 (ISG)。 BSG/ISG 有效地結(jié)合了起動電機和交流發(fā)電機的功能， 創(chuàng)造出 MHEV 混合動力汽車。

將 BSG/ISG 應(yīng)用于 ICE 汽車可實現(xiàn)額外的功能， 例如：起停、 滑行/制動期間的能量回收、 從 ICE 產(chǎn)生能量， 甚至根據(jù)車輛的不同情況實現(xiàn)電力驅(qū)動(或助力) 。 這些功能運行起來非常平順， 駕駛員甚至可能不會注意到所駕駛的MHEV 與傳統(tǒng) ICE 汽車有何不同， 除非在使用過程中 ICE 關(guān)斷。

功能和性能取決于 BSG/ISG 在動力總成中的位置。 圖 1 顯示了起動發(fā)電機在 MHEV 動力總成中的潛在放置位置。

隨著技術(shù)功能的增多， 集成成本和復(fù)雜性也在增加。 P0 - P4 是目前指定的位置， 對系統(tǒng)而言， 每個位置都有不同程度的功能和設(shè)計挑戰(zhàn)。 位置還決定了所用的設(shè)備是 BSG(P0， 可能還有 P2) 還是 ISG(P1， 可能還有 P2、 P3 和 P4) 。

如果安裝在 P0 或 P1 處， 則設(shè)備的功能僅限于起停和能量回收。 雖然 P0 和 P1 位置是更容易集成此類設(shè)備的地方，但這里的減排效益最低， 因為 ICE 不運轉(zhuǎn)的話就沒有能量回收。 受皮帶打滑和最大作用扭矩的影響， 皮帶傳動系統(tǒng)的功率將受到限制。 相比之下， 采用齒輪嚙合的直接傳動集成或直接連接到曲軸可以實現(xiàn)更高的功率輸出。

在 P2、 P3 和 P4 位置中， ICE 可以與傳動系統(tǒng)斷開， 從而在低速條件下實現(xiàn)電力驅(qū)動， 并在 ICE 關(guān)斷的滑行或制動期間產(chǎn)生再生能量。 能量回收功能具有真正的可再生性， 因為起動發(fā)電機與傳動系統(tǒng)相連， 即使在 ICE 關(guān)斷的情況下也能繼續(xù)運轉(zhuǎn)。 位置 P3 和 P4 可實現(xiàn)最大能量回收。 在前輪驅(qū)動汽車的 P4 位置安裝 ISG， 可以使用適當(dāng)大小的鋰離

子電池實現(xiàn)四輪驅(qū)動功能。

圖 1：輕度混合動力起動發(fā)電機的拓撲及其在車輛動力總成中的位置

48V 起動發(fā)電機 – 框圖

起動發(fā)電機(BSG、 ISG) 主驅(qū)驅(qū)動裝置與其他電動汽車(BEV、PHEV) 的逆變器結(jié)構(gòu)非常相似， 但前者在 48V 電壓水平下運行。 80V 和 100V MOSFET 從 48V 電池獲取直流電流， 并將交流電流施加到電機繞組。 柵極驅(qū)動器產(chǎn)生PWM 信號， 從而以所需頻率驅(qū)動 MOSFET。 半橋 APM 配置為驅(qū)動三相和六相電機， 作為 MOSFET 功率分立器件的替代方案。

電流檢測放大器 (CSA) 用于監(jiān)測施加到電機相繞組的電流， 它可以與各種信號處理和傳感器數(shù)據(jù)調(diào)理器件配合使用。 EEPROM 用于存儲應(yīng)用參數(shù)。 CAN 和 LIN 收發(fā)器確保汽車網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的通信快速且可靠。 為了支持 MCU 操作， 具有快速瞬變箝位能力和低電容的 ESD 保護器件可保護關(guān)鍵信號的完整性。 下面的框圖簡要展示了起動發(fā)電機功率級。

汽車功率模塊

適用于 48V 電源逆變器的汽車功率模塊 APM17

APM17 是一系列集成 80V MOSFET 模塊， 提供多種封裝， 專為 48V MHEV 和低壓主驅(qū)應(yīng)用的大電流、 高功率密度需求而設(shè)計。 三個模塊可以配置為驅(qū)動三相或六相電機。 每個 APM17 模塊由 2 個上橋和 2 個下橋 80V MOSFET 組成， 通過組合 2 個相輸出電源端子， 這些MOSFET 可以連接為雙半橋或單半橋。

APM 憑借低雜散電感和更好的電磁干擾 (EMI) 性能， 將高度集成且緊湊的設(shè)計提升到新的水平。 功率 MOSFET 芯片彼此靠近且包含在同一個封裝內(nèi)， 這樣可以減少封裝寄生效應(yīng)， 為最大 VDS 電壓提供更多的裕量， 并降低開關(guān)損耗。高效的電流處理使得 PCB 中無需高電流路徑。

該系列包含 NXV08H250DT1、 NXV08H400XT1 等產(chǎn)品， 有多種絕緣陶瓷 DBC 襯底可供選擇， 以提供標(biāo)準(zhǔn)和高級熱性能。 多種 RDS(ON) 額定值(每個 MOSFET 0.58 m? - 0.76 m? ) 可滿足最終用戶的電流需求， 多樣的引腳排列選項可支持不同的系統(tǒng)設(shè)計。

APM17 系列特性和參數(shù)：

低雜散電感： APM17 可使 25kW 48V 逆變器系統(tǒng)的總雜散電感小于 15nH。

低結(jié)至外殼熱阻 RTHJC： 介于 0.19 ℃/W 和 0.54 ℃/W之間。

緊湊的設(shè)計降低了模塊總電阻。

采用雙 R&C 緩沖器(1Ω、 15nF) ， EMI 性能更佳。

每個模塊都配有一個溫度檢測 NTC， 25 °C 時的阻值為 10 kΩ。

高壓隔離測試電壓為 3 kVAC， 持續(xù) 1 秒。

封裝種類：標(biāo)準(zhǔn)引腳、 壓合式引腳、 PCB 側(cè)裝引腳。

封裝尺寸： 45 x 30 x 5 mm

APM17 雙半橋模塊