【报告7248】汽车压缩机智能功率模块技术方案

智能座舱与自动驾驶 · 公众号 · · 2024-10-13 22:28

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概述

电动压缩机 通过减小初始增压气体的体积，将低压气体转换为高压气体，是一种机械装置。在热管理系统中，这有助于制冷剂在不同压力下循环。这些现代电动压缩机采用创新技术，相较于传统压缩机，具有 更低噪音、更高效率 的优势，因为它们使用电力供能，减少了环境中的有害排放。

广泛应用于 空调、汽车、冰箱 等领域的电动压缩机在各种场景中发挥作用。特别是在新兴的电动汽车行业中，电动压缩机是必不可少的组件，用于确保车辆的平稳运行。电动汽车制造商将这些电动压缩机纳入车辆的空调系统中，用于为驾驶员提供舒适的驾驶环境， 并同时冷却电动汽车中的电池 ，以保证其正常运行。

在 电动汽车的空调系统、热管理系统和冷却循环中 ，采用智能功率模块驱动的电动压缩机、热泵和水泵，正在加速实现高效、轻量化设计，推动汽车整体系统能效的提升。

先进智能功率模块（ASMP）正面电动汽车压缩机的机遇与挑战

在电动化浪潮的推动下，汽车压缩机技术正经历着空前的变革。电动压缩机作为电动汽车热管理的核心组件，不仅提高了车厢内的环境舒适度（制冷、制热）， 而且在电驱动系统的温度控制中发挥着关键作用 ，对电池的寿命、充电速度和续航里程至关重要。

这种转变给压缩机带来了新的挑战： 更高的能效、更快的响应速度，以及在有限空间内的集成化设计 。由于电动汽车的能源源自电池，压缩机的功耗直接影响车辆续航能力， 因此降低能耗成为设计的关键 。这些要求离不开压缩机驱动电路的设计和出色器件的选择，尤其是电动压缩机控制器。

电动压缩机控制器功能包括： 驱动电机 （逆变电路，包括ASPM模块或分立器件驱动门极，电压/电流/温度检测和保护，电源转换），以及 与主机通讯 （CAN或LIN接收启停和转速信号，发送运行状态和故障信号）等。

电动压缩机是电动汽车热管理的核心部件

作为全球领先的高性能半导体供应商，安森美（ON Semiconductor）正以其创新技术引领该领域发展，提供高效、集成、可靠的汽车压缩机半导体解决方案。

应对这些挑战，安森美推出了专为电动汽车压缩机设计的汽车级智能功率模块（ASMP）系列解决方案。 ASPM® 是一种高度集成的智能功率模块，整合先进的 绝缘栅双极晶体管 （IGBT）、 快速恢复二极管、门极驱动电路和保护功能 ，显著提升系统整体性能。例如，NFVA36065L42型号支持高达60A电流和40kHz开关频率，可输出超过10kW功率，适用于对效率和动态响应有严格要求的场景。、

三大维度解读电动压缩机方案的价值主张

在现代汽车中，尤其是电动和混合动力车辆中，电动压缩机扮演着至关重要的角色。为了确保其高效、可靠地运行，电动压缩机对产品性能有多方面的严格需求，包括 高效能、高功率密度、防止过热和性能下降的热管理 等。安森美专为电动汽车压缩机设计的ASMP系列及配套解决方案很好地满足了这些需求。

高频脉冲宽度调制的优势。ASPM®解决方案支持 高达40kHz的高频脉冲宽度调制 （PWM），这意味着电动压缩机能以更快的速度运行，减少噪音、振动和不平顺性（NVH），提高乘客舒适度。高频运行还有助于减小外部滤波器的尺寸， 缩小整个系统的体积和重量 ，对于空间宝贵的电动汽车尤为重要。

热管理与效率提升。安森美提供的解决方案不仅限于驱动模块本身，还包括一系列辅助元器件，如DC-DC转换器、LDO稳压器、EEPROM存储器和运算放大器等，形成了一个完整的生态系统， 支持从电源管理到信号处理的全方位需求 。特别是其内置的温度传感功能和过温保护机制，确保了电动压缩机在极端工况下的稳定性和可靠性。

ASPM的热性能优势

面向未来的半导体策略。考虑到汽车市场的多样化需求，安森美还提供了不同电压等级和电流容量的产品线，包括 650V和1200V的ASPM®，覆盖了从30A到60A的电流范围，以适应不同车型和应用的需求 。这些解决方案均遵循严格的汽车级质量标准AEC-Q100/101和AQG324，确保在恶劣环境下也能稳定工作。

基于ASPM27的汽车电动压缩机解决方案解读

安森美的汽车级智能功率模块是一种 集成了功率半导体器件、驱动电路和控制电路的模块化解决方案 ，旨在提供高效、可靠、紧凑的电力转换和控制。其主要工艺特色包括模块功率芯片和IC芯片直接焊接到铜质引脚框架上，随后覆盖引脚框架以陶瓷，最后在环氧树脂中浇铸成型。相较于分立方案， 这种工艺显著减小了寄生电感，降低了整体设计所需器件数量和PCB板面积，提供高绝缘耐压并维持出色散热性能。

举例来说，安森美的ASPM27系列汽车智能功率模块（ASPM）专为电动压缩机等汽车辅助电机应用设计，具备 高度集成、高效率和高可靠 性特点。该系列模块整合了功率器件和驱动电路，简化了系统设计，减少了外部元件数量，从而提高了系统的可靠性和设计效率。 采用先进的FS4 IGBT技术，ASPM27模块优化了开关损耗，适用于快速开关应用 ，提升了电动压缩机的效率，显著降低了能耗。

650V ASPM27 系列的 PCB 布局