با تعمیق روند الکتریکیشدن و هوشمندسازی خودروها، موتورها به اجزای اصلی قدرت و کنترل در خودروها تبدیل شدهاند. این موتورها بهطور گسترده در سیستمهای پیشران (موتورهای کششی خودروهای انرژی جدید)، کاربردهای کنترل بدنه (موتورهای درب صندوق برقی، موتورهای پنجره، موتورهای تنظیم صندلی) و سیستمهای کمکی (موتورهای فن خنککننده، موتورهای هدایت برقی) استفاده میشوند. بهعنوان واحد اصلی کنترل شروع/توقف، سرعت و جهت موتور، سیستم رانش موتور خودرو باید در شرایط سخت محیطی داخل خودرو — از جمله دمای بالا، لرزش، تداخل الکترومغناطیسی قوی (EMI) و نوسانات گسترده ولتاژ — خروجی توانی کارآمد، پایدار و قابل اعتماد ارائه دهد. بهعنوان یک مؤلفه غیرفعال اصلی در سیستمهای رانش موتور، سیمپیچ (الکترومغناطیسی) عملکردهای کلیدی از جمله ذخیره انرژی، فیلتر کردن، مسدود کردن جریان و سرکوب پیکهای جریان را انجام میدهد. انتخاب مناسب آن بهطور مستقیم بر بازده تبدیل، پایداری عملیاتی، سازگاری الکترومغناطیسی (EMC) و طول عمر تأثیر میگذارد.
عملکرد اصلی سیستم محرک موتور خودرو این است که دستورات را از واحد کنترل خودرو (VCU) یا یک واحد کنترل محلی دریافت کند، انرژی الکتریکی را از منبع تغذیه بوردی به انرژی مکانیکی تبدیل کند و موتور را بهگونهای هدایت نماید که راهاندازی و توقف دقیق، تنظیم سرعت و کنترل جهت حرکت رو به جلو یا عقب امکانپذیر شود. همزمان، این سیستم از سیگنالهای فیدبک جریان و سرعت برای اجرای کنترل حلقهبسته استفاده میکند تا عملکرد نرم و ایمن موتور تضمین گردد. مدار معمولاً شامل ماژول مدیریت توان، ماژول کنترل MCU، ماژول محرک توان، ماژول تشخیص جریان/سرعت و ماژول فیلترسازی EMI میباشد.
شکل ۱. نمودار بلوکی سیستم محرک موتور خودروهای انرژی جدید
سایر دستگاههای نصبشده روی خودرو؛ باتری توان؛ جعبه کنترل ولتاژ بالا؛ پایانه DC ولتاژ بالا؛ واحدهای کنترل خودرو (VCU)؛ باتری ولتاژ پایین؛ رله کنترلی؛ فیوز؛ موتور پیشران (DM)؛ خطوط تغذیه سهفاز U/V/W؛ خطوط سیگنال (رزولور، دما)؛ کنترلکننده موتور (MCU)؛ پمپ آب؛ مایع خنککننده؛ رادیاتور.
در محرکهای موتوری خودرو از روش کنترل PWM (مدولاسیون عرض پالس) بهطور رایج استفاده میشود. با روشن و خاموش کردن دستگاههای قدرت (مانند MOSFETها و IGBTها)، ولتاژ و جریان خروجی تنظیم شده و سرعت و گشتاور موتور کنترل میشوند. سیمپیچها نقشی اساسی در حلقه پیشران توان ایفا میکنند که عمدتاً در موارد زیر است:
سرکوب پیکهای جریان: هنگام راهاندازی یا توقف موتور، تغییر سرعت آن یا هنگام کلیدزنی دستگاههای توان، پالسهای جریان لحظهای ایجاد میشوند. این پالسها میتوانند باعث ایجاد تنش در دستگاههای توان (مانند MOSFETها و IGBTها) و تراشههای درایور شوند و حتی ممکن است به اجزای الکترونیکی آسیب برسانند. سیمپیچ (سریعکننده) با استفاده از واکنش القایی خود، نرخ تغییر جریان (di/dt) را محدود کرده و بهطور مؤثری پالسهای جریان را سرکوب میکند؛ این امر منجر به محافظت از اجزای اصلی در حلقه رانش و افزایش طول عمر اجزا میشود.
هموارسازی جریان موتور: کنترل PWM باعث ایجاد نوسان در جریان خروجی میشود. اگر این جریان بهصورت مستقیم به موتور تزریق شود، میتواند منجر به افزایش ارتعاشات، صدای بیشتر و تلفات بالاتر در پیچشها گردد. سیمپیچ با ذخیرهسازی و آزادسازی مداوم انرژی، نوسان جریان را هموار کرده و جریان ورودی به موتور را پایدارتر میکند و بدین ترتیب پایداری عملیاتی را بهبود میبخشد.
منبع تغذیه در سیستمهای محرک موتور خودرو به دو دسته تقسیم میشود: منابع تغذیه پایینولتاژ روی خودرو (۱۲ ولت/۲۴ ولت) برای ماژولهای کنترل و تراشههای راننده، و منابع تغذیه بالاولتاژ در خودروهای انرژی جدید برای ماژولهای محرک قدرت. سیمپیچها نقشهای اصلی زیر را در مدیریت توان و فیلتر کردن ایفا میکنند:
تبدیل مستقیمبهمستقیم (DC-DC): در مدارهای تغذیه پایینولتاژ، برای تبدیل ولتاژ ۱۲ ولت/۲۴ ولت روی خودرو به سطوح ۵ ولت و ۳٫۳ ولت مورد نیاز واحدهای کنترلکننده میکرو (MCU) و سنسورها، یک مبدل کاهنده مستقیمبهمستقیم (DC-DC) لازم است. بهعنوان عنصر اصلی ذخیرهکننده انرژی در مدار DC-DC، سیمپیچ انرژی را ذخیره و آزاد میکند، پایداری ولتاژ خروجی را حفظ میکند و از اینکه نوسانات ولتاژ بر عملکرد عادی ماژول کنترل تأثیر بگذارد جلوگیری مینماید.
سرکوب EMI: هنگامی که سیستم محرک موتور در حال کار است، سوئیچینگ دستگاههای قدرت منجر به ایجاد تداخل با فرکانس بالا میشود. این تداخل میتواند از طریق خطوط برق به سایر سیستمهای الکترونیکی داخل خودرو، مانند سیستم ناوبری یا رادیو، منتقل شود و عملکرد عادی آنها را تحت تأثیر قرار دهد. سیمپیچهای حالت مشترک (Common mode chokes)، همراه با خازنهای X و Y، مدار فیلتر EMI را تشکیل میدهند که تداخل فرکانس بالا را از خطوط برق حذف میکند، تابش الکترومغناطیسی را سرکوب میکند و تأثیر تداخل خارجی بر سیستم محرک موتور را کاهش میدهد.
۲. الزامات سیمپیچ برای سیستمهای محرک موتور خودرو
سیستمهای محرک موتور خودرو اغلب در محیطهای سختی مانند محفظههای موتور و نواحی شاسی نصب میشوند که در آنها به مدت طولانی در معرض دما و رطوبت بالا، ارتعاشات با فرکانس بالا و تداخل الکترومغناطیسی شدید قرار دارند. این سیستمها باید الزامات قابلیت اطمینان سطح خودرویی را برآورده کنند و با نوسانات گسترده ولتاژ و پرشهای جریان بالا سازگار باشند؛ که این امر نیازمندیهای سختگیرانهای را نسبت به عملکرد، ساختار و قابلیت اطمینان سیمپیچها ایجاد میکند.
۳. راهحلهای سرنگی CODACA برای سیستمهای محرک موتور
۱. سرنگی توان جریان بالا مخصوص خودرو
در سیستمهای محرک موتور، القاگرهای توان با جریان بالا عمدتاً در مبدلهای DC-DC و مدارهای فیلتر استفاده میشوند. القاگرهای توان خودرویی CODACA دارای تلفات کم و جریان اشباع بالا هستند؛ جریان اشباع آنها تا ۴۲۲ آمپر و محدوده دمای کاری آنها از ۵۵- درجه سانتیگراد تا ۱۵۵+ درجه سانتیگراد است که این ویژگیها آنها را برای محیطهای الکترونیکی پیچیده خودرو مناسب میسازد.
۲. القاگر قدرت قالبگیریشده خودرویی
القاگر قدرت قالبگیریشده خودرویی CODACA از مواد هستهای پودری مغناطیسی با تلفات کم و فناوری نوآورانه الکترود بهمنظور حل چالشهای فنی مانند عدم همترازی سیمپیچ و ترکخوردگی محصول در حین قالبگیری استفاده میکند. این القاگر تلفات کلی القاگر را بیش از ۳۰٪ کاهش میدهد، امکان کار در دمای تا ۱۷۰ درجه سانتیگراد را فراهم میسازد، بازده توان تا ۹۸٪ را تأمین میکند و بهطور مؤثری قابلیت اطمینان سیستمهای محرک موتور و بازده تبدیل مدارهای DC-DC را بهبود میبخشد.
۳. القاگر میلهای خودرویی
کدآکا تیم تحقیق و توسعهای با تجربه دارد که میتواند بهسرعت راهحلهای سفارشی شدهی سلف میلهای با کیفیت خودرویی با ویژگیها و ساختارهای متفاوت را بر اساس نیازهای مشتری ارائه دهد.
۴. اجزای EMI
سرنگهای حالت مشترک، مهرهها و سایر اجزای مغناطیسی بهطور گستردهای در سیستمهای رانش موتور خودرو و مدارهای فیلتر توان برای سرکوب تداخل نویز روی خطوط سیگنال و خطوط توان استفاده میشوند.
EN