【应用】Littelfuse推出新型点火IGBT,推动汽车环保出行

2018-04-09 LITTELFUSE

为了减少汽车对环境的影响,我们必须把重点放在使天然气汽车“更环保”上面。点火系统中的燃烧是由火花塞间隙中的火花触发的。火花特性是由火花隙宽度、二次侧脉冲电压电平、火花持续时间和火花能量等参数决定的。这些参数取决于内燃机的工作条件和特性。点火IGBT和点火系统中使用的元件需要更高的额定电压。当需要更高的压缩比时,压力的增加需要更高的电压电平以确保火花隙中的电弧放电。此外,较小的发动机(气缸较小而功率相同)和较高的加速能力(对于高性能汽车)要求在给定的时间范围内发生更多的燃烧,因此需要更高的点火IGBT换向周期。在这两种情况下,都会产生更高的工作温度[图1]。


图1:基于新的排放法规和一些Littelfuse精选器件的点火IGBT新要求


与具有类似额定电流和额定功率的其他器件相比,Littelfuse的点火IGBT具有极低的集电极到发射极通态电压Vce(ON),这使得它们非常适用于较高转速额定值的新型点火系统,其中温度上升是值得关注的问题。较低Vce(ON)值可降低功耗,从而降低结温、缩小系统占用面积并减少损耗。例如,图2所示的测试台装置用于研究不同点火IGBT在不同换向频率下的热行为。直流电源设置为12伏,方波发生器设置为5伏,频率根据执行的测试进行调整。点火IGBT的温度是在室温下并使用横河混合记录仪测定的。点火IGBT和相关电路安装在Littelfuse点火评估板上。使用博世火花塞和点火线圈0221504470。


图2:点火系统实验装置


对照组中采用的点火IGBT包括Littelfuse NGD18N45(Vce(ON)典型值<1.5伏)、NGD8201A(Vce(ON)典型值<1.35伏)和一种非常流行的竞争性器件(Vce(ON)典型值<1.85伏),所有这些器件都采用同一个DPAK封装。所选的半导体器件具有可比性,因为它们具有类似的电气和物理芯片特性以及等效的电流和能量额定值。


如图3a所示,点火IGBT的换向频率从33Hz增加到200Hz形成更高的损耗,从而产生更高的温度。可以预见,温度的升高会影响点火IGBT的性能和器件的预期寿命。无论换向频率如何,Littelfuse器件的工作温度都低于竞争对手的器件,如[图3b,3c和3d]所示。请注意,Vce(ON)较低的好处随着换向频率的升高而变得愈发重要。结果表明,与竞争对手的器件相比,Littelfuse器件的工作温度在200 Hz时低约10°C和20°C(图3d)。而且,在 200Hz时所产生的NGD8201A温度与竞争对手器件在150Hz时所得到的温度大致相同[图3a]。因此,Littelfuse器件能够开发可实现更高转速的点火系统。


由于Littelfuse器件无需使用笨重的散热片或热管理系统,因此这一优势使我们的客户能够满足日益严格的汽车行业法规要求,同时保持较小占用面积。


图3:温度与换向频率的关系

更严格的尾气排放法规将挑战点火系统设计者继续提高燃烧效率作为一种桥梁技术,直到电动交通取得更广泛的成功;在某些情况下,甚至会导致新的燃烧概念——如最近投放市场的马自达SKYACTIV-X。其他潜在的新产品包括需要较新半导体技术的新型点火器,例如电晕和等离子点火器。


与此同时,对点火IGBT应用的要求越来越严格,工作条件也越来越苛刻,Littelfuse器件可以覆盖这些当前和近期的架构,为其丰富的点火IGBT产品组合带来电路保护方面的良好体验。毋庸置疑,充满挑战和激动人心的时刻即将到来,使得汽车制造商走向更为环保的交通出行。

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  • 清清苹果香 Lv5 . 技术专家 2018-09-21
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  • 国丰 Lv4 . 资深工程师 2018-09-18
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