最新汽车动力系统电子电路中的硅技术

当今的汽车正朝着提供高能效同时对环境影响降至最低的方向发展。但就长远而言，以非石油为基础的动力系统似乎是最具前景的解决方案；与此同时，汽车工业正在推出基于现有技术引入更多改进。一项主要趋势是混合动力化(hybridization)，其中微混合动力(包括停止-启动系统)和轻度(mild)混合动力存在大量增长机会。这些“适度混合动力”方案可能看上去已经过气，但业界仍在围绕这些应用进行大量电子及机械开发。

本文将首先审视一些跟伦德尔(Lundell)式电动机(更广为人知的名称是“交流发电机”)相关的持续改进的极佳示例。由于采用了更好的电子控制，它的能效提升了，更多的能量被恢复，发动机频繁启动的影响被处理平顺了。本文的第二部分将重点介绍汽车中加入的更多传感器，这些传感器将帮助进一步降低传统内燃发动机对石油的依赖。最后一段阐释现有电感型传感器技术可以怎样优化刹车踏板以帮助汽车节省更多能量。

1. 启动交流发电机

在启动交流发电机系统中，无源整流二极管被大电流开关替代。这些开关负责驱动启动交流发电机，使其作为电机(启动机模式)，并在交流发电机内部产生的定子电流上执行同步整流(交流发电机模式)。

同步整流大幅通过以高导电性的通道分流(本体)二极管，提升交流发电机能效，将正向压降降至低于150 mV。

图1：交流发电机中的同步整流

此应用的一项主要功能挑战就是确保在定子电流反向时开关以极快速度关断；开关关断有任何延迟都会导致不必要的电池放电，其方式跟常规二极管的反向恢复非常类似。有鉴于此，预驱动器IC包含在自主门极控制环路内部工作的高歪曲率驱动器，设计目的是在整流期间欧姆损耗与电流符号改变时的过渡损耗之间取得尽可能最佳的折衷。在IC中集成这些预驱动器相当复杂。

首先，它要求多种不同电压域共存在同一个硅衬底上，同时确保这些电压域之间的可靠通信。

其次，启动交流发电机的驱动器IC被置于可能是环境最恶劣的位置，可能会遭受电池反向、负载突降、阴极接地转移、定子相位上极大的dV/dt(数量级为每微 秒100 V)、电磁干扰等多种瞬态事件。同样，使用差分技术及细致管理硅衬底上的寄生(双极)效应，有可能采用高性价比的降压技术而非绝缘硅(SOI)技术来构建此类IC。

图2：启动交流发电机中采用强固的预驱动器来控制高门极-源极电容(Cgs)的MOSFET