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人們對(duì)汽車駕駛功能的需求不斷增加，各領(lǐng)先半導(dǎo)體廠商不斷推出新型低阻抗功率MOSFET，以實(shí)現(xiàn)將汽車從傳統(tǒng)的發(fā)電系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)到電子系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變，這些新型低阻抗功率MOSFET有助于在增強(qiáng)汽車的舒適性和安全性的同時(shí)提高行駛里數(shù)。 在過去十幾年里，低阻抗功率MOSFET的發(fā)展有了長足的進(jìn)步。圖1顯示了30V器件的導(dǎo)通電阻(RDS(ON))在過去十年間的下降趨勢。其中，1995年出現(xiàn)了一項(xiàng)重大改進(jìn)，就是溝道功率MOSFET的發(fā)展。正當(dāng)平面MOSFET還在不斷改善的時(shí)候，溝道器件已經(jīng)確立了新的低RDS(ON)基準(zhǔn)，并且是平面器件無法企及的。平面器件通過將原胞(cell)更緊密地封裝，使導(dǎo)通性能得到改良；而溝道器件則更進(jìn)一步地將通道垂直地置于器件的表面，使得通道密度得以大幅提高，從而降低了溝道電阻。 提高汽車燃油效率勢在必行 對(duì)一部汽車來說，發(fā)動(dòng)機(jī)除了驅(qū)動(dòng)汽車在路上行駛，還是汽車所有系統(tǒng)的“動(dòng)力”來源。隨著消費(fèi)者對(duì)汽車的娛樂性、舒適性以及安全性的要求愈來愈高，發(fā)動(dòng)機(jī)被賦予更多的“職責(zé)”。一般汽車每加侖汽油中只有低于15%的能量用于車輪驅(qū)動(dòng)，其它大部分能量都轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芑蛘咂渌膽?yīng)用了。 美國的法令規(guī)定，載客汽車的每加侖汽油行駛里數(shù)必須為平均27.5mpg(英里/加侖)。到2007年，占新銷售車輛半數(shù)以上的SUV、小型客貨車和輕型卡車的mpg必須達(dá)到22.2mpg，而許多立法者正極力推動(dòng)提高對(duì)所有車輛和SUV的整體要求，即到2015年時(shí)必須達(dá)到40mpg。有立法者甚至計(jì)劃到2011年SUV和輕型卡車必須達(dá)到與客車相同的燃料經(jīng)濟(jì)水平。 汽車制造商被要求提供更有效率的汽車，具備更多功能而且價(jià)格必須為大眾所接受。為了達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，許多汽車系統(tǒng)必須進(jìn)行徹底的改進(jìn)，例如使發(fā)動(dòng)機(jī)更有效率地燃燒燃料，以及將液壓系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成電子系統(tǒng)，從而降低發(fā)動(dòng)機(jī)的功耗。從發(fā)電系統(tǒng)到娛樂及傳動(dòng)系統(tǒng)，幾乎所有系統(tǒng)都被查看過是否會(huì)浪費(fèi)能量，而新型低阻抗功率溝道MOSFET便是提高這些系統(tǒng)性能的重要器件。 低RDS(ON) MOSFET在各子系統(tǒng)大顯身手 例如在發(fā)電方面，汽車傳統(tǒng)的直流發(fā)電方法是使用交流發(fā)電機(jī)，將皮帶輪與其機(jī)軸連接，然后利用來自曲軸的皮帶驅(qū)動(dòng)發(fā)電。發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的交流電再通過二極管轉(zhuǎn)換成直流電，但問題是二極管兩極之間有一個(gè)約0.7伏的電壓降，也就是說如果車輛消耗1千瓦(約70安培電流強(qiáng)度)的功率，那么二極管就會(huì)以熱能方式消耗98瓦的能量。圖2所示為基本交流發(fā)電機(jī)電路和用于將交流電轉(zhuǎn)換為整流二極管。如果使用MOSFET替代此處的二極管，那么功耗將可減低至2瓦以下。 汽車發(fā)電系統(tǒng)也正在經(jīng)歷一些重要改變。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)鑰匙啟動(dòng)汽車時(shí)，便是將電池連接至安裝在傳動(dòng)系統(tǒng)上的直流電機(jī)。這個(gè)“起動(dòng)電動(dòng)機(jī)”使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)啟動(dòng)汽車，然后交流發(fā)電機(jī)會(huì)為電池充電并發(fā)動(dòng)電子系統(tǒng)。在其余時(shí)間里，“起動(dòng)電動(dòng)機(jī)”是靜負(fù)荷。但發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)的基本設(shè)計(jì)相同，主要區(qū)別僅在于功率流的方向不同而已。 目前的“起動(dòng)電動(dòng)機(jī)”是直流電動(dòng)機(jī)，但是使用功率MOSFET便可輕易將直流電源(如電池)轉(zhuǎn)換成交流電源來驅(qū)動(dòng)交流電動(dòng)機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)一旦運(yùn)轉(zhuǎn)后，同一個(gè)MOSFET可以將產(chǎn)生的交流電轉(zhuǎn)換成直流來為電子系統(tǒng)供電，所有這些可以只需要使用一個(gè)起動(dòng)器/交流發(fā)電機(jī)和一個(gè)MOSFET電路來實(shí)現(xiàn)。對(duì)于3，000瓦的汽車負(fù)載設(shè)計(jì)，新型低阻抗功率MOSFET在整個(gè)過程中的損耗低于10瓦。 系統(tǒng)革新的另一個(gè)示例是動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。普通的動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)采用放大方式來減少轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤所需的力量，這種方式使用了液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向泵系統(tǒng)操作。具有固定放大比例的動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置有著嚴(yán)重的缺陷，如果系統(tǒng)設(shè)計(jì)是在車輛處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)減小轉(zhuǎn)動(dòng)車輪所需的力量，那么在較高速情況下便會(huì)失去轉(zhuǎn)向操作的方向。普通的動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)會(huì)機(jī)械化地連接至發(fā)動(dòng)機(jī)的液壓泵，并全時(shí)間運(yùn)行，即使當(dāng)汽車以直線行駛時(shí)也會(huì)消耗能量。 對(duì)發(fā)電機(jī)的固定負(fù)載可以利用完全的電子控制動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)消除，將電動(dòng)機(jī)直接放置在齒輪齒條轉(zhuǎn)向裝置上，或放在小型車輛的轉(zhuǎn)向柱上。這些電動(dòng)機(jī)可由低RDS(ON)功率MOSFET有效地控制，從發(fā)動(dòng)機(jī)消耗較少的能量，因而具有更高的能源和燃油效率。除了運(yùn)作耗能較低外，這些系統(tǒng)更較普通的液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)便宜5至10美元。全EPS系統(tǒng)也比普通液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)輕巧，既減輕了重量也有助于提高燃油效率。 在傳動(dòng)系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的帶力矩轉(zhuǎn)換器的自動(dòng)變速箱比手動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)多消耗5～10%的燃油。由先進(jìn)功率半導(dǎo)體驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)液壓控制系統(tǒng)已經(jīng)出現(xiàn)并且性能得到很大提高。力矩轉(zhuǎn)換器無需再使用，因而可以降低功率消耗，但卻仍然擁有液壓泵和所有與液壓系統(tǒng)相似的性能，自動(dòng)手動(dòng)變速箱能提供較手動(dòng)方式更佳的燃油效率。自動(dòng)手動(dòng)變速箱將由先進(jìn)功率溝道MOSFET控制的離合器和齒輪變化制動(dòng)器安裝在手動(dòng)變速箱上，這是特為F1賽車而開發(fā)的，汽車駕駛者可像使用普通自動(dòng)系統(tǒng)那樣駕駛，而毋須任何操作上的轉(zhuǎn)變，這樣能降低燃油消耗達(dá)5～10%。 我們已經(jīng)看到使用先進(jìn)功率半導(dǎo)體器件，如溝道MOSFET驅(qū)動(dòng)的電機(jī)取代真空剎車輔助裝置的電動(dòng)液壓制動(dòng)系統(tǒng)。此舉促進(jìn)了使用功率MOSFET的ABS系統(tǒng)的發(fā)展，車載電腦在遇上急停后檢測到滑動(dòng)時(shí)，即時(shí)進(jìn)行剎車。圖3展示了ABS系統(tǒng)的基本電路。在溝道MOSFET等先進(jìn)功率半導(dǎo)體控制的電子制動(dòng)器位于圓彎腳器或制動(dòng)鼓時(shí)，最終可使用電子制動(dòng)裝置。電子制動(dòng)可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的控制，并分別對(duì)個(gè)別車輪進(jìn)行制動(dòng)，以糾正任何滑行傾向。 全新的低RDS(ON)功率MOSFET是提高各式系統(tǒng)效率的關(guān)鍵元素，從而能設(shè)計(jì)出更輕巧、高效的系統(tǒng)替代舊式的沉重系統(tǒng)，提供更多功能和提升車輛的整體安全性。所節(jié)省的能量更可轉(zhuǎn)化為行駛里數(shù)，或?yàn)槠囋鎏砀嗟墓δ苓x項(xiàng)。事實(shí)上，許多新功能的設(shè)計(jì)目的均在于減少能量消耗，因此多會(huì)使用新型低RDS(ON)功率MOSFET，例如為乘客而設(shè)的總臺(tái)娛樂系統(tǒng)和提供更佳道路照明的HID系統(tǒng)等。