考慮到VIPowerTM M0-7技術杰出的節省空間特質,意法半導體H-橋系列產品能將整個馬達驅動架構建置到先進的小型電源封裝里:SO-16N和PowerSSO-36。分別可以減少60 mm2和106 mm2的印記面積,厚度低于2.5 mm,讓印刷電路板更小,系統也能降低重量。除此之外,VIPower M0-7 H橋提供無鉛封裝的環保產品組合,確保杰出的散熱效能。最后,電路板蓋板與外殼的設計還必須考慮繼電器的高度,因此一般來說得保持17 mm的垂直距離。
切換時間和脈寬調變(PWM)控制
導引H橋架構時,必須特別留意避免電池線和接地之間出現不必要的短路,尤其是在切換階段;這種狀況通常定義為動態擊穿(shoot through)。每當擊穿事件發生,就會額外產生電池線的噪音和電力消耗,進而降低系統效率。如果H橋是由脈寬調變訊號之類的快速開關所驅動,這個現象就會變得更加嚴重。
脈寬調變輸入訊號常被用來控制H橋架構,只要改變工作周期,就能調節馬達速度和力矩以建置下列先進功能:
· 防夾功能;
· 順暢的起步和停止動作,提升駕乘體驗;
· 失速狀況控制;
· 不受電池電壓影響進行馬達調速;
· 減少起步時的涌入電流
一般直流馬達配置文件會有一個起步期,涌入電流是正常電流的10-12倍。所有電子零件都必須符合規格,才能承受這樣的高電流一段時間,而這也會持續影響最終應用的電線尺寸、印刷電路板面積和驅動器功能。
確實繼電器規格書只提供電阻性直流負載最大限度的觸點額定值,但此額定值會被高度電感或電容負載大幅降低。
以脈寬調變訊號驅動直流馬達,就可能在有限的力矩下達到順暢的馬達起步。涌入電流也會減少,延長馬達啟動期。以脈寬調變訊號驅動直流馬達,就能優化電力的消耗,進而縮小電線尺寸,整體來說有利于減輕重量。
繼電器并不適合用在需要快速輸出切換的系統,切換時間會受機械尖端移動所限制,通常在5毫秒(ms)到最高15毫秒之間。除此之外,微控制器(MCU)必須建置適當的邏輯保護,以防止不必要的交互傳導事件。
VIPowerTM M0-7 H橋系列產品保證提供快速切換時間(通常為1微秒),確保切換頻率最高可達20 KHz。切換配置文件經過特別設計,可優化電磁干擾和切換耗損。除此之外,這款芯片還嵌入特殊保護功能,可避免動態和靜態交互傳導問題。因此,VNH7系列是專為優化系統效能而設計。
VIPowerTM M0-7系列H橋用于直流馬達控制
VIPower M0-7 H橋系列可視為驅動車用直流馬達的自然選項,能滿足市場對提升可靠度、系統效率及豪華感等優點的需求。由于采用混合模式,M0-7 H橋系列能將邏輯功能和動力結構整合到單一封裝,提供全面整合和受保護電路的完整產品組合。因為可以提供不同的開啟狀態(on-state)電阻(從8 mΩ到最高100 mΩ)且電源封裝體積小,該系列產品可確保彈性駕駛及控制功能,涵蓋各式各樣的負載狀態(從極低到最高200W)。
雖然中低功率組件整合了所有的邏輯功能和完整的功率級(power stage),包括高側(high side)和低側(low side)功率金屬氧化物半導體(MOS),VNHD7008AY和VNHD7012AY等高功率組件則采用不同架構,包含高側功率MOS和低側閘驅動器。因此,要完成H橋架構就必須有外部的低側功率MOS(建議采用意法半導體STL76DN4LF7AG)。
20-kHz的脈寬調變速度控制加上診斷機制,讓上述產品最適合用于高階汽車應用。待命模式下耗電極低,最多3微安(μA),且轉換期間的切換配置文件也經過優化,盡管會增加電路板上電子零件數量,但可讓模塊耗電維持低水平。
由于整合了先進的診斷(VCC電壓、外殼溫度和電流負載的偵測)與保護功能(過電壓、短路、高溫和交互傳導防護),可同時保護功率級和負載而不影響最終的效率系統,確保裝置永遠都能在安全操作區域內運轉。此外拜關閉狀態診斷功能之賜,待命狀態期間可監測馬達狀態,避免開啟時可能產生的損害。
在車身控制模塊里結合VIPower M0-7的智能功率切換功能以及H橋驅動器,就能節省電力消耗、印刷電路板面積和布線需求。實際成果將是系統可靠度增加,且預估每部車最多可減輕50公斤的重量,而這對污染來說都將呈正面影響,包括內燃機(ICE)車輛的二氧化碳排放減少(估計最高3.5g/km)、電池優化,純電動車(BEV)的自動駕駛程度也能獲得提升。