S hlubokým rozvojem elektrifikace a inteligence automobilů se motory staly základními komponenty pohonného ústrojí a řízení v automobilech. Jsou široce využívány v pohonných systémech (tažné motory vozidel s novými zdroji energie), aplikacích řízení karosérie (motory elektrického zavírání zádových dveří, motory ovládání oken, motory nastavení sedadel) i pomocných systémech (motory chladicího ventilátoru, motory elektrického posilovače řízení). Jako základní jednotka řídící spouštění a zastavení motoru, jeho otáčky a směr rotace musí automobilový pohonný systém motoru poskytovat účinný, stabilní a spolehlivý výkon za náročných podmínek na palubě vozidla, jako jsou vysoká teplota, vibrace, silné elektromagnetické rušení (EMI) a široké výkyvy napětí. Jako základní pasivní komponenta pohonných systémů motorů plní induktor klíčové funkce, jako je ukládání energie, filtrace, tlumení a potlačení proudových špiček. Jeho výběr přímo určuje účinnost přeměny, provozní stabilitu, elektromagnetickou kompatibilitu (EMC) a životnost.
1 – Princip činnosti automobilových systémů pohonu motoru a základní role induktorů
Klíčovou funkcí automobilového pohonného systému motoru je příjem příkazů od řídicí jednotky vozidla (VCU) nebo místní řídicí jednotky, přeměna elektrické energie z palubního zdroje napájení na mechanickou energii a pohon motoru za účelem přesného spuštění/zastavení, regulace rychlosti a řízení jízdy vpřed/vzad. Současně využívá zpětnovazební signály proudu a rychlosti k realizaci uzavřené řídicí smyčky a zajistí tak hladký a bezpečný provoz motoru. Obvod obvykle zahrnuje modul správy energie, řídicí modul MCU, výkonový řídicí modul, modul detekce proudu/rychlosti a modul filtrace EMI.
Obrázek 1. Blokové schéma pohonného systému motoru vozidla s novým zdrojem energie
Jiná zařízení montovaná na vozidle; Napájecí baterie; Vysokonapěťová řídící skříň; Vysokonapěťový stejnosměrný P/N; Řídící jednotka vozidla (VCU); Nízkonapěťová baterie; Řídící relé; Pojistka; Pohonné motor (DM); Třífázové napájecí vodiče U/V/W; Signálové vodiče (resolver, teplota); Řídící jednotka motoru (MCU); Chladicí čerpadlo; Chladicí kapalina; Chladič.
1.1 Role induktorů v obvodu výkonového pohonu
V automobilových pohonech se běžně používá řízení PWM (pulzní šířková modulace). Spínáním výkonových prvků (MOSFETy/IGBTy) se reguluje výstupní napětí a proud pro řízení otáček a točivého momentu motoru. Tlumivky hrají klíčovou roli v obvodu pohonného ústrojí, a to zejména následujícími způsoby:
Potlačení proudových špiček: Při startu nebo zastavení motoru, změně rychlosti nebo přepínání výkonových prvků vznikají okamžité proudové špičky. Tyto špičky mohou zatěžovat výkonové prvky (MOSFETy/IGBTy) a řídicí čipy a dokonce mohou poškodit součástky. Cívka omezuje rychlost změny proudu (di/dt) prostřednictvím své induktivní reaktance, čímž účinně potlačuje proudové špičky, chrání klíčové součástky v pohonové smyčce a prodlužuje životnost komponent.
Vyhlazování motorového proudu: PWM řízení způsobuje pulzaci výstupního proudu. Pokud je tento proud přímo napájen do motoru, může to vést ke zvýšené vibraci, vyššímu hluku a větším ztrátám ve vinutí. Díky neustálému ukládání a uvolňování energie cívka vyhlazuje proudové pulzace a činí vstupní proud do motoru stabilnějším, čímž zlepšuje provozní stabilitu.
1.2 Role induktorů v řízení výkonu a filtraci
Napájení v automobilových pohonných systémech je rozděleno do dvou kategorií: palubní napájení nízkého napětí (12 V/24 V) pro řídicí moduly a ovladačové čipy a vysokonapěťové napájení v vozidlech s novými zdroji energie pro pohonné moduly. Indukční cívky plní následující hlavní role při správě napájení a filtraci:
Převod stejnosměrného proudu (DC-DC): V obvodech napájení nízkým napětím je potřeba DC-DC snižující měnič ke konverzi palubního napětí 12 V/24 V na úrovně 5 V a 3,3 V požadované MCU a senzory. Jako základní prvek pro ukládání energie v obvodu DC-DC indukční cívka ukládá a uvolňuje energii, udržuje stabilitu výstupního napětí a brání tomu, aby kolísání napětí ovlivnila normální funkci řídicího modulu.
Potlačení EMI: Při provozu pohonného systému motoru generuje spínání výkonových prvků vysokofrekvenční rušení. Toto rušení se může šířit napájecími vodiči do ostatních palubních elektronických systémů, jako jsou navigační nebo rozhlasové systémy, a narušovat jejich normální provoz. Společné tlumivky spolu s kondenzátory typu X a Y tvoří obvod filtru elektromagnetických rušení (EMI), který odstraňuje vysokofrekvenční rušení z napájecích vodičů, tlumí elektromagnetické vyzařování a snižuje vliv vnějšího rušení na pohonný systém motoru.
2 – Požadavky na induktory pro automobilové systémy pohonu motoru
Automobilové pohonné systémy pro motory jsou často instalovány v náročných prostředích, jako jsou motorové prostory a oblasti podvozku, kde jsou po dlouhou dobu vystaveny vysokým teplotám a vlhkosti, vibracím vysoké frekvence a silnému elektromagnetickému rušení. Musí splňovat spolehlivostní požadavky automobilové třídy a přizpůsobit se širokým výkyvům napětí a nárazům vysokého proudu, což klade přísné požadavky na výkon, konstrukci a spolehlivost tlumivek.
3 – Řešení induktorů společnosti CODACA pro systémy pohonu motoru
3.1 Automobilový vysokoproudý napájecí induktor
V systémech pohonu motoru, induktory s vysokým proudem se používají převážně v DC-DC měničích a filtračních obvodech. Automobilové výkonné induktory CODACA s vysokým proudem nabízejí nízké ztráty a vysoký nasycovací proud až 422 A s provozní teplotní rozsahem od -55 °C do +155 °C, čímž jsou vhodné pro složité automobilové elektronické prostředí.
3.2 Automobilový formovaný výkonový tlumivka
CODACA automobilová formovaná výkonová tlumivka využívá magnetické práškové jádrové materiály s nízkými ztrátami a inovativní elektrodovou technologii k řešení technických problémů, jako je nesouosost cívek a praskání výrobků během formování. Sníží celkové ztráty induktoru o více než 30 %, umožňuje provozní teploty až 170 °C, dosahuje účinnosti napájení až 98 % a efektivně zvyšuje spolehlivost systémů pohonu motoru a účinnost přeměny v DC-DC obvodech.
3.3 Automobilová tyčová induktorka
CODACA disponuje zkušeným výzkumným a vývojovým týmem, který dokáže rychle poskytnout přizpůsobené automobilovou tyčovou induktorku řešení s různými vlastnostmi a strukturami na základě požadavků zákazníka.
3.4 EMI součástky
Vypnuté žlázy , perličky , a další magnetické komponenty jsou široce používány v automobilových pohonných systémech a obvodech filtrace výkonu ke potlačení rušivího vlivu na signálních a napájecích vodičích.
EN