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.
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.
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.
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 tlumivky pro automobilové pohonné systémy 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 CODACA pro pohonné systémy motorů
1. Automobilový výkonný induktor s vysokým proudem
Ve výkonnostních systémech pohonu motoru se vysokoproudé výkonové tlumivky používají především v měničích stejnosměrného proudu (DC-DC) a filtračních obvodech. Automobilové vysokoproudé výkonové tlumivky společnosti CODACA nabízejí nízké ztráty a vysoký proud nasycení až 422 A s provozní teplotní rozsahem od -55 °C do +155 °C, čímž jsou vhodné pro složité elektronické prostředí v automobilovém průmyslu.
2. Automobilová tlumivka s plastovým krytem
Automobilová tlumivka s plastovým krytem společnosti CODACA využívá magnetické práškové jádro s nízkými ztrátami a inovativní technologii elektrod k řešení technických výzev, jako je například nesouosost cívek nebo praskání výrobků během plastového obalování. Sníží celkové ztráty tlumivky o více než 30 %, umožňuje provozní teploty až 170 °C, dosahuje účinnosti napájení až 98 % a efektivně zvyšuje spolehlivost pohonných systémů motorů i účinnost přeměny v obvodech DC-DC.
3. Automobilová tyčová tlumivka
Společnost CODACA disponuje zkušeným výzkumným a vývojovým týmem, který dokáže rychle poskytnout přizpůsobená řešení automobilových tyčových induktorů s různými vlastnostmi a konstrukcemi na základě požadavků zákazníků.
4. Komponenty pro potlačení EMI
Společné tlumivky, perly a další magnetické komponenty se široce používají v automobilových systémech pohonu motoru a obvodech filtrace napájení k potlačení rušivího vlivu na signálních a napájecích vodičích.
EN