电路板厂之对于功率模块电动汽车需要什么样的

文章来源：电子发烧友作者：梁波静查看手机网址

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人气：2807发布日期：2019-08-16 10:23【大中小】

半导体在汽车中的应用集中为传感器、微控制器和功率半导体。随着汽车电子化率的提高，底盘、动力总成和ADAS用MCU微控制器芯片和传感器在新能源汽车上的应用要高出燃油车。但是它们不如功率半导体增加量来得明显。

与传统燃油车和弱混动力车相比，电动汽车少了发动机和启停系统，但多出了电池、电机、电控核心部件以及车载DCDC、电空调驱动、车载充电器（OBC）等电力电子装置。电路板厂了解到，它们将动力电池所存储的电能转化为驱动电机、车载低压用电设备、空调电机所需的电能。这都离不开能够实现电能转换和控制的功率半导体。

核心部件中电池和驱动电机代替燃油车的燃油和发动机，为车辆的行驶提供澎湃的动力。此时，电机控制器通过功率器件的转换，将动力电池中的直流电转变为交流电，为驱动电机提供电能。传统燃油车中，高压功率半导体如IGBT仅有少量位于发动机点火器中。而在混合动力车、插电式混合动力车和纯电动汽车中，功率半导体用于逆变器中的体量是非点火器可以相较的。

比亚迪微电子IGBT产品中心产品总监杨钦耀曾对NE时代记者详细解释了用于主电机驱动中的功率半导体。他指出，混合动力车、插电式混合动力车和纯电动汽车需要擅长大功率作战的功率半导体。它们对功率器件的需求一般为输出功率在20-200kW，平均功率大约在70kW。这时，电机控制器厂家一般会选用导通压降小、耐压高、输出功率高的IGBT芯片，而非用于燃油车或轻混车中的MOSFET。

主电机驱动系统中对功率器件的功率要求高出车载DCDC变换器、OBC、电空调驱动。例如OBC（充电+逆变）需要输出功率为10-40kW的IGBT功率器件。

功率器件在新能源汽车上发挥的功用要高出燃油车许多，这也就体现了它的价值。PCB小编获悉，有数据统计到，新能源汽车中功率器件的成本高达387美元，占整车半导体价值的55%。而传统燃油车中功率器件的单车价值约为60美元。新能源汽车相比传统燃油汽车新增的半导体成本中，功率器件成本约为269美元，占总增加成本的76%。

IGBT是由电压驱动进行导通的功率器件。在逆变器中将高压电池的直流电转成交流电后，电机再输出功率，驱动车轮前行。它在工作过程中产生的热量约占输送能量的10%，这也就意味着它会损失10%左右的传递效率。因此降低工作损耗，是IGBT进化中的一个努力方向。

在国内半导体厂商中，比亚迪微电子去年推出了最新的IGBT4.0芯片。同等工况下，这款IGBT综合损耗较当前市场主流的IGBT降低了约20%。这意味着电流通过IGBT器件时，受到的损耗降低，使得整车电耗显著降低。芯片升级进化后，功率模块作用到逆变器中时还需考虑到散热效率。高电压、高电流带来的热积累，可能导致功率器件被击穿或烧毁。提升散热效率，就可以减小功率器件失效的可能性。

不仅如此，三合一电驱动系统已经成为一种发展趋势，为了满足紧凑化设计，车企及供应商对功率器件提出小型化的设计要求。IGBT芯片接触散热器的面积自然就会减少，对散热而言是一个挑战。线路板厂觉得。如何解决散热问题，是电驱动功率模块向前发展必须解决的一个难题。

IGBT最早推出来的时候其实不是为电动汽车准备的，而是为了工业领域。功率器件公司普及提供的是半桥结构的间接水冷模块。这一代产品有个弊端即是在散热上。它们均是基于单面散热为主，输出的功率有限。

比亚迪认为，适用于汽车领域的IGBT模块需为直接水冷。例如，秦DM使用的V-315模块取消了散热片，在背面增加了针翅状的Pin-fin流道结构。这样它就不需要导热硅脂，而是直接在散热器上开一个口，针翅插下去之后，加上密封圈通过冷却液直接散热。最终带来的效果是，热阻降低40%。从目前看，比亚迪的IGBT模块应用已经走到第三代双面散热技术。不过，其Pin-fin底板全桥结构的V-315是全球装车量最多的全桥IGBT模块。

为了进一步提升电驱的功率密度，许多车企开始考虑双面散热的技术。其目的在于进一步提高散热的效率，减少模块使用量。在双面散热模块中，芯片的正面和背面都通过焊接的方式焊接起来，连接到散热器。与直接水冷模块相比，双面散热的热阻可以进一步降低30%。

双面散热功率模块已经被一些车企所接受和认可。据了解，宝马、奔驰、沃尔沃已在采用双面散热功率模块。虽然这项技术仅在少量电动汽车中有所使用，但更低芯片损耗、更强电流输出能力、更高散热效率的功率模块对电动汽车而言已成为一种趋势。

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