在全球日益關注碳中和的背景下，各大汽車廠商紛紛宣布進軍電動汽車市場。全部或部分由電池和電機驅動的xEV正在引領這一趨勢。汽車行業(yè)正在經歷一場大規(guī)模的技術創(chuàng)新浪潮，比如利用攝像頭和傳感器檢測周圍信息以輔助駕駛的ADAS的加速發(fā)展以及自動駕駛技術的演變。

隨著向電動汽車和電子設備的轉變，車載電子控制單元(ECU)*2 (控制發(fā)動機、電機、制動器和傳感器的計算機) 的數量也在增加。實際上，最新型的汽車中已使用了數百個電子控制單元。

電子功率控制EPC(Electronic Power Control)全稱為發(fā)動機電子功率控制系統(tǒng)，很多人也把它稱之為電子節(jié)氣門(Electronic Throttle control)。在EPC系統(tǒng)中，取消以前的油門拉線而用踏板裝置的傳感器來取代，發(fā)動機控制單元(ECU)根據踏板裝置傳感器來反饋的位置數據經過計算得到最佳目標節(jié)氣門開度并發(fā)送一個信號給節(jié)氣門驅動電機使節(jié)氣門旋轉到這個角度。

EPC(Electronic Power Control)全稱發(fā)動機電子功率控制系統(tǒng)，很多人也叫它ETC(Electronic Throttle Control)電子節(jié)氣門。該系統(tǒng)由一些傳感器、控制器等元件組成。當某傳感器出現故障或感知到不正常的情況時，控制系統(tǒng)就會根據設置好的程序采取相應的措施。以往駕駛員根據發(fā)動機的動力需求來加速踏操控板，加速踏板通過鋼絲拉線控制節(jié)氣門開度。在EPC系統(tǒng)中，取消以前的油門拉線而用踏板裝置的傳感器來取代，發(fā)動機控制單元(ECU)根據踏板裝置傳感器來反饋的位置數據經過計算得到最佳目標節(jié)氣門開度并發(fā)送一個信號給節(jié)氣門驅動電機使節(jié)氣門旋轉到這個角度。電子節(jié)氣門一般使用在汽油機上，由于汽油機在工作工程中，為了滿足三效催化劑轉化的要求，應該維持空燃比在1左右。這樣就要求噴油量和節(jié)氣門的開度是成比例關系的，車載電腦會根據利用傳感器采集得來的油門踏板的開度和采集的發(fā)動機的進氣量來通過計算或是查表的方式，找到這個條件下的噴油量，使發(fā)動機的空燃比滿足要求。也就是說間接的通過控制發(fā)動機的電子節(jié)氣門的開度來控制了發(fā)動機的功率。

汽車中使用電子產品可以追溯到使用電動啟動器替代手動曲柄的20世紀初。上世紀60年代，隨著固體電子產品的出現，汽車電子開始盛行起來?，F今存在著幾種推動汽車市場對電子產品的需求，尤其是功率半導體器件需求的趨勢。它們是：

(1)對于乘客舒適性和便利性功能的顯著需求，如座椅加熱和座椅制冷、自動座椅定位、高級照明以及多區(qū)暖通空調(HVAC)。這些系統(tǒng)應用都需要更大的功率和更多的功率管理。飛兆半導體的集成高側開關等產品具有高效控制和管理上述功率負載的功能。

(2)先進的動力傳動系控制系統(tǒng)提高了燃油經濟性，減少了車輛排放。這些系統(tǒng)必須更精確地控制燃燒過程，連續(xù)不斷地提供狀態(tài)檢查，同時在系統(tǒng)需要正常運作所必需的功率和模擬控制功能。飛兆半導體的40V和60V PowerTrench MOSFET器件、高側開關以及智能點火產品能夠滿足這些要求。

(3)電動助力轉向等成熟的輔助系統(tǒng)正在越來越多地從機械式轉向電子式。隨著發(fā)展，這些系統(tǒng)要求更大的電流密度和更低的功率消耗。飛兆半導體的30/40V MOSFET和汽車功率模塊(APM)技術是提供這些應用所需的高效率和高功率密度解決方案的基礎。

(4)電動和混合電動推進系統(tǒng)等替代動力傳動系技術需要顯著增加汽車的功率處理能力，需要能夠處理1kW~40kW的DC/DC轉換器等新型汽車電子產品。根據車輛的結構，需要使用集成化混合動力總成(Integrated Starter Generator, ISG)和牽引馬達逆變器來處理5kW~120kW或更高功率。飛兆半導體的PowerTrench MOSFET、場截止IGBT、智能開關和柵極驅動器等通過了汽車產品認證的功率電子產品，采用分立或先進模塊形式提供，為這些先進系統(tǒng)提供了高成本效益解決方案。

二、使用飛兆半導體智能功率和功率技術的系統(tǒng)

1、 汽車照明

為了處理系統(tǒng)性和隨機性故障，使用分立MOSFET、智能MOSFET功率開關以及IGBT等電子器件來替代機械式開關和繼電器，用于控制車燈、柴油車預熱塞系統(tǒng)、點火系統(tǒng)以及馬達。智能功率器件(SPD)可以在消除機械噪聲和燃弧的同時提高質量和可靠性。

圖1所示的智能功率器件是一款N溝道功率場效應管(FET)，具有一個內部電源、電流受控輸入、帶負載電流感測的診斷反饋功能以及嵌入式保護功能。使用chip-on-chip和chip-by-chip技術集成功率級、控制、驅動以及保護電路。

圖1，智能MOSFET結構圖。

SPD的主要目標是替代汽車繼電器和熔斷器。智能開關能夠將開關和保護功能結合在單一芯片中。因此，從總體成本角度看，SPD可以提供較繼電器和熔斷器更便宜的解決方案。除了保護功能外，SPD具有減少線束，加入診斷功能和實現脈寬調制的更多優(yōu)勢，所以，SPD不僅能夠保護自身，還能保護與其相連的負載和鄰近器件?？梢允褂脦в幸恍┩獠吭膽秒娐罚勒諔孟到y(tǒng)正確地運作系統(tǒng)。

2、分立式功率器件(DC-DC轉換器)

目前，最重要的環(huán)境問題之一就是作為運輸主要能源之一的碳氫化合物燃燒所產生的污染。混合動力車(HEV)和電動車(EV)正逐漸成為“綠色”運輸的替代動力傳動系統(tǒng)。這些車輛不僅涉及牽引部件，而且推動了電能轉換方面的新應用?；旌蟿恿囕v內的一種關鍵模塊便是用于電氣負載輔助電源的DC/DC轉換器，因為HEV和EV仍然使用頭/尾燈、加熱風扇以及音頻系統(tǒng)等輔助負載。該轉換器必須具有處理從高電壓轉換至12V電壓的能力，如圖2所示。

圖2，HEV/EV電氣負載需要能量轉換。

因此，應用工程師們將注意力集中在HEV和HE系統(tǒng)中的MOSFET和IGBT等高電壓功率器件上。有幾種控制從高電壓到低電壓的能量轉換方法。通常使用高電壓和低電壓之間隔離的全橋和移相技術，這類應用中的輔助功率轉換器代表著電池組對高壓直流總線的高效管理，根據電動馬達的功率不同，范圍在200V~800V之間。

此外，系統(tǒng)的效率是一個關鍵特性，并且是設計選擇的重要參數。轉換器的設計趨勢是在寬負載條件范圍內達到90%或者更高的效率。

轉換器的可靠性是至關重要的，因為故障會引起12V電池的泄放，從而造成所有靠電池電力驅動的附件的故障。另一方面，不能忽略效率和電磁兼容(EMC)問題。因此，有源箝位等軟開關和能量回收技術非常有益。

3、汽車功率模塊(APM)

高壓(600 VDC)和低壓(12-24VDC)系統(tǒng)都可以使用APM。飛兆半導體向汽車市場提供用于高壓和低壓系統(tǒng)的APM器件，它們幾乎都用來驅動三相馬達和制動器。兩種電壓范圍的APM都采用直接鍵合銅(DBC)技術來實現熱傳導。

低壓(LV)意味著以更大的電流來驅動通常與該類型解決方案相關聯的較大負載。低壓應用使用30V~60V N溝道MOSFET。電動助力轉向和電驅動液壓混合轉向是兩種最普遍的LV-APM解決方案。峰值相位電流能夠達到100A以上。這需要大的銅質內部結構，用于芯片焊盤(die paddle)和電流通路以及多個大電流粘合引線。正溫度系數(PTC)器件、無源EMC元件、分流器都達到了更高的集成度并提高了可靠性。電動助力轉向中使用APM是實現機電一體化封裝和低系統(tǒng)成本的關鍵。在靜態(tài)停車時，相比液壓系統(tǒng)，降低寄生引擎負載可以減小車輛引擎的尺寸，從而更小型車輛。低壓模塊用于EV/HEV車輛，也用在傳統(tǒng)的內燃式引擎汽車上。

高壓應用主要包括由高母線電壓或主電池組供電的泵和風扇。典型的峰值相位電流<20A。這一市場中的模塊化解決方案類似于許多工業(yè)市場中的應用，并使用類似的功率模塊，IGBT和MOSFET解決方案均可使用。典型的模塊有高壓柵極驅動器，以及在共橋回路處用于診斷的某種電流水平感測。高壓結構必須考慮到引腳間隙要求。在熱管理方面，產品分為帶或不帶增強熱傳導的類型。模塊化解決方案是小型集成解決方案的關鍵，功率處理器件位于制動器附近，甚至工作于變速箱等極端環(huán)境中。高壓模塊幾乎都用于EV/HEV車輛中。