功率半導體本質上是起到開關作用,實際應用中可通過多個功率開關組合,控制拓撲電路中電流的開閉、流向、大小,進而通過調速、調頻對執行部件進行控制和驅動。不同材料(Si、SiC、GaN)、不同類型的功率器件(MOSFET、IGBT 分立器件或模塊)均有其適合的工作電壓、功率和開關頻率范圍,關鍵的性能參數指標包括開關及導通損耗、熱量損耗、開關頻率、晶圓面積、封裝尺寸等。
以最典型的電動助力轉向系統 EPS 為例來說明 MOSFET 的工作原理:車輛運行過程中,方向盤扭矩及轉角傳感器監測方向盤轉角及扭矩信息,輪速傳感器監測車輪轉速,控制器(ECU)通過 CAN 總線實時獲取傳感器信號,MCU 根據特定邏輯實時處理信號,計算得到一個理想的助力力矩并輸出數字信號,通過三相半橋功率 MOSFET 來控制直流無刷電機的開關、正反轉及加減速,最終實現助力效果。除此之外,MOSFET 還在該電路中起到防電源反接、過流保護、相切斷等功能。
我們判斷與 BDC 相比,BLDC 性能優勢顯著,中長期將從兩方面展開替代,并且同步增加 MOS 管、柵極驅動器等功率半導體的需求。一是,轉向、制動等安全性、可靠性要求高的場合,如 EPS、ESP 以及新增的 IBS;二是,動力傳動系統要求控制精度、工作效率不斷提高,水泵、燃油泵、潤滑油泵、液壓油泵等機械泵電子化,采用 BLDC驅動。相比較而言,座椅、車窗等舒適性系統,成本比較敏感、精度要求也較低,BLDC的滲透過程較為緩慢。