當前,，汽車功能電子化趨勢正日益加強,，以應(yīng)對日益嚴格的燃油能效法規(guī)，和滿足消費者對節(jié)能、安全,、舒適以及便捷等方面的更高要求,。汽車已經(jīng)從單純的機械產(chǎn)品變身為復(fù)雜的機電一體化產(chǎn)品,，安裝在汽車中的電機數(shù)量持續(xù)增加,。據(jù)預(yù)測，到2020年,，每輛豪華車中的電機數(shù)將多達120臺,。直流無刷 （BLDC）電機由于具有多種優(yōu)勢，正被越來越多地整合至汽車水泵,、油泵,、燃油泵、散熱風扇,、暖通空調(diào)（HVAC）,、混合動力系統(tǒng)、座椅風扇等部件,，實現(xiàn)更高能效和性能,。

　　圖1：無刷直流電機在汽車中的應(yīng)用

　　直流無刷電機的優(yōu)勢

　　直流無刷電機無需電刷和換向器，解決空間受限的系統(tǒng)設(shè)計,，且不用擔心一般的磨損,、火花和噪聲，提供良好的控制,，為汽車內(nèi)的特定應(yīng)用提供可變速控制,。更重要的是，直流無刷電機可提升燃油能效,，節(jié)省約60%~70%的能耗。當無刷電機用于電動助力轉(zhuǎn)向（EPS）,，行駛里程增加3~5%,，用于 電動水泵（EWP）及電動油泵（EOP）提升約3%的能效，用于燃油泵提升約1%的能效,。例如,，水泵和油泵通常通過發(fā)動機電源運行。如果發(fā)動機停止,，發(fā)動機啟停系統(tǒng)就沒有電源,。但是，如果電機用于水泵和油泵,，無論發(fā)動機是啟動還是停止,，這些功能都可獨立運行，從而提升燃油經(jīng)濟性。

　　采用直流無刷電機的設(shè)計考量

　　若采用直流無刷電機替代有刷電機,，那么以前必須由換向器機械式完成的工作,，現(xiàn)在通過三相逆變器電氣化完成。逆變器需要一個門極驅(qū)動器,，它通常由一個微控制器實施復(fù)雜的軟件算法來控制,。這增加了系統(tǒng)復(fù)雜性，對工程師來說是一大技術(shù)挑戰(zhàn),。而安森美半導(dǎo)體推出的智能直流無刷電機控制和驅(qū)動芯片LV8907,，可解決這一挑戰(zhàn)。該方案無需外部電機位置傳感器或系統(tǒng)微控制器,，減少PCB占位面積,，自帶嵌入式控制算法，無需自寫電機控制算法,，降低系統(tǒng)復(fù)雜性,，縮短開發(fā)周期，加快產(chǎn)品上市,。

　　圖2：LV8907無需傳統(tǒng)方案中的微控制器和傳感器

　　智能直流無刷電機方案LV8907概覽

　　LV8907利用無傳感器驅(qū)動邏輯實現(xiàn)無傳感器120度或150度控制換流,，采用近似正弦波運行以滿足無聲驅(qū)動要求?？膳渲玫膮?shù)適合一系列電機和負載組合,，一次性可編程（OTP）內(nèi)存提供參數(shù)存儲，實現(xiàn)方案定制化,，省去外部元件來執(zhí)行各種設(shè)置,，實現(xiàn)獨立工作，集成門極驅(qū)動器,，用于驅(qū)動外部N-MOSFET,，電荷泵驅(qū)動提供100%占空比和擴展的低壓工作。芯片通過LIN接口與外界交互,，SPI接口提供配置,、實時控制和診斷。在汽車應(yīng)用中,，要求能在150°C的環(huán)境溫度（Ta）和170°C的結(jié)溫（Tj）下工作,，LV8907耐受工作結(jié)溫達175℃，確保在嚴苛的汽車工作環(huán)境下的可靠性,，完全符合AEC-Q100標準,。

　　圖3：LV8907框圖

　　由于LV8907高度集成MOSFET門極驅(qū)動器、LIN收發(fā)器和低壓降穩(wěn)壓器（LDO）,，最大限度地減少占位面積,；無需依賴的位置傳感器,，無軟件缺陷，故障監(jiān)測及診斷功能完善,，集成逐周期限流,、過流保護、過壓/欠壓保護,、過溫保護,、堵轉(zhuǎn)保護等一系列保護特性，基于狀態(tài)機的方案采用OTP實現(xiàn)參數(shù)化,，無EMI/EMC問題引起的數(shù)據(jù)損壞,，實現(xiàn)最高系統(tǒng)可靠性；LV8907無需軟件和易于定制,，比基于微控制器的方案縮短達80%的開發(fā)時間,，加快產(chǎn)品上市，并節(jié)省物料單成本,。

　　更高集成度的智能功率模塊（IPM）

　　隨著降低汽車內(nèi)電子電路成本,、減小尺寸及重量，和實現(xiàn)更高可靠性的要求日益增加,，智能功率模塊可更好地滿足趨勢所需,。如安森美半導(dǎo)體的STK984系列，集成BLDC LV8907和多個獨立的功率MOSFET,，無需電路板,、傳感器和外部微控制器，節(jié)省空間,、減輕重量,，成本也隨之降低，用于驅(qū)動汽車滑動門,、EPS單元,、泵、雨刮,、HVAC和散熱風扇,，提供更高可靠性。

　　圖4：獨立的無傳感器式電機控制IPM

　　STK984系列采用獨特的絕緣金屬基板技術(shù)（IMST）,，將不同結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體元件及無源器件和其它部分集成到單個模塊中。IMST結(jié)構(gòu)通過使用絕緣層覆蓋鋁片,，將銅箔置于頂層,，并在銅箔上蝕刻，使單層布線圖案能被自由定制,?；贗MST的IPM,，由于功率晶體管、提供溫度檢測的控制電路和保護電路可貼裝在同一板上,，從而最大限度減小溫度檢測的誤差,，實現(xiàn)高精度溫度檢測；由于在金屬基板的鋁片和銅箔之間有一個分布式電容通過絕緣樹脂,，有效地降低噪聲,；此外，IMST結(jié)構(gòu)還提供出色的散熱性能,。

　　例如,，3相無刷電機驅(qū)動器IPM STK984-090A-E/091A-E內(nèi)置預(yù)驅(qū)動器IC、分流電阻和電荷泵電路,，集成過流,、過溫、過壓/欠壓等保護特性,，可用于汽車鼓風機風扇,、散熱風扇、水泵和滑動門等等,。

　　又如STK984-190-E集成7 個MOSFET到單個小封裝中,，采用直接鍵合銅（DBC）基板，無需絕緣襯墊,，具有低熱阻抗,，提供極佳散熱性和設(shè)計靈活性，內(nèi)置反向連接電池保護,，提升可靠性,，完全符合AEC-Q100要求，用于12 V系統(tǒng)時的電機功率達300 W,。同分立方案相比,，STK984-190-E的占位面積、重量,、元件數(shù)和熱阻抗分別減少48.7%,、36.2%、53.8%和21.1%,，是用于汽車雨刮器,、風扇和泵等應(yīng)用的理想器件。

　　總結(jié)

　　為應(yīng)對汽車功能電子化趨勢,，車用電機正越來越多,，并從有刷直流向無刷直流發(fā)展。隨著減小尺寸及重量,、降低系統(tǒng)成本和實現(xiàn)更高可靠性的要求日益增加,，需要不斷提高集成度,。安森美半導(dǎo)體提供全面的無刷電機方案，包括分立和集成方案,，如無傳感器的BLDC LV8907及更高集成度的IPM STK984系列,，解決軟件編寫、空間,、成本和設(shè)計時間等方面的挑戰(zhàn),，提供更高能效、功率密度和系統(tǒng)可靠性,，是水泵,、油泵、燃油泵,、散熱風扇,、HVAC、雨刮器和滑動門等汽車應(yīng)用的理想選擇,。