Автокөлік қозғалтқыштарын жеткізу жүйелері үшін ұсынылатын индуктивтік элементтерді таңдау

Автомобильдың электрленуі мен ақылдылығының тереңдейтін дамуымен бірге, электр қозғалтқыштар көліктердегі негізгі қуат пен басқару компоненттеріне айналды. Олар қозғалтқыш жүйелерінде (жаңа энергия көзіндегі көліктердің тарту қозғалтқыштары), кузов басқару қолданыстарында (қуатты артқы есік қозғалтқыштары, терезе қозғалтқыштары, отырғышты реттеу қозғалтқыштары) және көмекші жүйелерде (салқындату желдеткіші қозғалтқыштары, қуатты басқару қозғалтқыштары) кеңінен қолданылады. Қозғалтқыштың іске қосылуын/тоқтатылуын, жылдамдығын және бағытын басқаратын негізгі бірлік ретінде автомобильдің қозғалтқыш басқару жүйесі жоғары температура, тербеліс, күшті электромагниттік кедергі (EMI) және кең кернеу тербелістері сияқты қиын борттық жағдайларда тиімді, тұрақты және сенімді қуат шығысын қамтамасыз етуі тиіс. Қозғалтқыш басқару жүйелеріндегі негізгі пассивті компонент ретінде индуктивтік орам (индуктивтік элемент) энергияны сақтау, сүзгілеу, токты шектеу және ток шығысын басу сияқты негізгі функцияларды атқарады. Оның таңдалуы тікелей түрлендіру тиімділігін, жұмыс істеу тұрақтылығын, электромагниттік сыйласымдылықты (EMC) және қызмет көрсету мерзімін анықтайды.

• Автомобильдық қозғалтқыштардың жұмыс істеу принципі және индуктивтік элементтердің негізгі рөлі

Автомобильдық қозғалтқышты басқару жүйесінің негізгі қызметі — автомобильдің басқару блогынан (VCU) немесе жергілікті басқару блогынан командаларды қабылдау, көліктің onboard электр қоректендіру көзінен электрлік энергияны механикалық энергияға айналдыру және қозғалтқышты дәл қосу/өшіру, жылдамдықты реттеу және алға/артқа бағыттау үшін қозғалтқышты басқару. Сонымен қатар, ток пен жылдамдықтың кері байланыс сигналдарын пайдалана отырып, тұйықталған басқару контурын іске асырады және қозғалтқыштың салыстырмалы түрде жұмыс істеуі мен қауіпсіздігін қамтамасыз етеді. Тізбекке әдетте қуатты басқару модулі, MCU басқару модулі, қуатты басқару модулі, ток/жылдамдықты бақылау модулі және EMI сүзгіш модулі кіреді.

1-сурет. Жаңа энергия көзіндегі көлік қозғалтқышының басқару жүйесінің блок-схемасы

Басқа көлік құралына орнатылған құрылғылар; Қуаттылық аккумуляторы; Жоғары кернеулі басқару қорабы; Жоғары кернеулі тұрақты ток P/N; ВСУ; Төмен кернеулі аккумулятор; Басқару релеі; Сақтандырғыш; Қозғалтқыш (ДМ); Үш фазалы қуат сымдары U/V/W; Сигналдық сымдар (резольвер, температура); Қозғалтқыштың басқару құрылғысы (МСУ); Су сорғысы; Салқындатқыш сұйықтығы; Радиатор.

• • Қуаттық жетек контурындағы индуктивтіліктердің рөлі

Автомобильдегі қозғалтқыштарды басқару үшін кеңінен PWM (импульстың енін реттеу) басқаруы қолданылады. Қуат құрылғыларын (MOSFET/IGBT) қосу мен өшіру арқылы шығыс кернеуі мен тогы реттеледі, нәтижесінде қозғалтқыштың айналу жиілігі мен моменті басқарылады. Индуктивтіліктер қуаттық жетек контурында негізгі рөл атқарады, негізінен мына жолдармен:

Ток шыңдарын басу: Қозғалтқыш іске қосылған кезде немесе тоқтатылған кезде, жылдамдығы өзгерген кезде немесе қуат құрылғылары ауысқан кезде лездік ток шыңдары пайда болады. Бұл шыңдар қуат құрылғыларын (MOSFET/IGBT) және драйвер чиптерін кернеуге ұшыратуы мүмкін, сонымен қатар компоненттердің зақымдануына да әкелуі мүмкін. Индуктивтік кедергісі арқылы индуктивтік орам токтың өзгеру жылдамдығын (di/dt) шектейді, нәтижесінде ток шыңдары тиімді түрде басылады, қозғалтқыш циклындағы негізгі құрылғылар қорғалады және компоненттердің қызмет ету мерзімі ұзартылады.

Қозғалтқыш тогын салыстыру: PWM басқару шығыс тогында тербеліс туғызады. Егер бұл ток тікелей қозғалтқышқа берілсе, вибрацияның артуына, көп шуға және орамдардағы жоғары жоғалтуларға әкелуі мүмкін. Тұрақты түрде энергияны сақтап, одан қайта босатып отыру арқылы индуктивтік орам ток тербелісін салыстырады және қозғалтқышқа берілетін токты тұрақты етеді, нәтижесінде жұмыс істеу тұрақтылығы жақсарылады.

• • Индуктивтік орамдардың қуатты басқару мен сүзгілеудегі рөлі

Автомобильдық электр қозғалтқыш жүйелеріндегі электр қоректендіру екі топқа бөлінеді: басқару модульдері мен драйвер чиптері үшін борттық төмен кернеулі электр қоректендіру (12 В/24 В) және жоғары кернеулі электр қоректендіру — жаңа энергия көздерін қолданатын көліктердегі қуат қозғалтқыш модульдері үшін. Индуктивтік элементтер қуатты басқару мен сүзгілеуде төмендегі негізгі рөлдерді атқарады:

Тұрақты ток-тұрақты ток түрлендіру: Төмен кернеулі электр қоректендіру тізбегінде микроконтроллерлер мен сенсорлардың қажет ететін 5 В және 3,3 В деңгейлеріне дейін борттық 12 В/24 В кернеуін төмендету үшін тұрақты ток-тұрақты ток төмендеткіші қажет. Тұрақты ток-тұрақты ток тізбегінің негізгі энергия сақтау элементі ретіндегі индуктивтік элемент энергияны сақтайды және оны босатады, шығыс кернеуінің тұрақтылығын қамтамасыз етеді және басқару модулінің қалыпты жұмысына кернеу тербелістерінің әсер етуін болдырмауға көмектеседі.

ЭМИ басу: Қозғалтқыштың жұмыс істеу кезінде қуат құрылғыларының ауысуы жоғары жиілікті кедергілерді туғызады. Бұл кедергілер қуат сымдары арқылы навигация немесе радио сияқты басқа борттық электрондық жүйелерге өтіп, олардың қалыпты жұмыс істеуіне әсер етеді. Жалпы режимдегі индуктивтік орамдар мен X және Y конденсаторлары ЭМИ сүзгісін құрайды, ол қуат сымдарынан жоғары жиілікті кедергілерді жояды, электромагниттік сәулеленуді басады және сыртқы кедергілердің қозғалтқыштың жұмыс істеу жүйесіне әсерін азайтады.

2. Автомобильдің қозғалтқыш жұмыс істеу жүйелері үшін индуктивтік орамдардың талаптары

Автомобильдық қозғалтқыштарды басқару жүйелері жиі қозғалтқыш бөлмесі мен шасси аймақтары сияқты қолайсыз орталарға орнатылады, мұнда олар ұзақ уақыт бойы жоғары температура мен ылғалдылыққа, жоғары жиілікті тербеліске және күшті электромагниттік кедергіге ұшырайды. Олар автомобильдік сапа талаптарына сәйкес сенімділік көрсетуі тиіс және кең кернеу тербелістері мен жоғары ток шығынына бейімделуі керек, бұл индуктивтік элементтердің өнімділігіне, құрылымына және сенімділігіне қатаң талаптар қояды.

• Температуралық стабилдік: Автомобильдық қозғалтқыштарды басқару жүйелері жиі қозғалтқыш бөлмесі мен шасси аймақтары сияқты қолайсыз орталарға орнатылатындықтан, индуктивтік элемент температураның өзгеруінен туындайтын өнімділіктің төмендеуі мен басқару дәлдігінің азаюын болдырмау үшін -40°C-тан 150°C-қа дейінгі температура ауқымында жұмыс істеуі тиіс.

• Төменгі шығын және жоғары тиімділік: Қозғалтқыштың жұмыс істеу жүйелері үздіксіз жұмыс істейді, сондықтан индуктивтіліктің мыс жоғалтуы (DCR жоғалтуы) мен өзек жоғалтуы мүмкіндігінше төмен болуы керек. Ерекше түрде жоғары токтық жағдайларда төмен жоғалту жалпы жүйенің температурасының көтерілуін азайтады, қозғалтқыштың пайдалы әсер коэффициентін жақсартады, борттық қуаттың тұтынуын төмендетеді және қызу нәтижесінде өнімділіктің төмендеуін болдырмағаны дұрыс.

• Жоғары қанықу тогы: Қозғалтқыштың іске қосылуы/тоқтатылуы оқиғалары мен қатты жүктеме өзгерістері лездік жоғары ток туғызады. Индуктивтіліктің пик токтық кернеуге төтеп беру үшін жеткілікті қанықу тогы (Isat) болуы керек. Магниттік қанығу индуктивтілік мәнінің резкі төмендеуіне, индуктивтіліктің зақымдануына және қуат құрылғыларына зиян келтіруіне әкеледі. Қанықу тогы үшін кемінде 1,3 есе маржиналдық шама ұстау ұсынылады, сонымен қатар жоғары температурада токтың төмендеуін ескеру керек.

• ЭМИ-совместимділік: Индуктивтік элемент магниттік өрістің саңылауларын азайту үшін жақсы экранирлеу қабілетіне ие болуы керек, қозғалтқыш жүйесінің ішіндегі сезімтал тізбектерге әсер етуді болдырмауы және ток тұйығында электромагниттік сәулеленуді басуы қажет; сонымен қатар ол көліктің ЭМС-ке қойылатын өткізгіштік пен сәулелену шығысы талаптарына сай келуі керек.

• Жоғары сенімділік: Автомобильдік сапалы индуктивтік элементтер ұзақ мерзімді, сенімді және тұрақты жұмыс істеуін қамтамасыз ету үшін AEC-Q200 сынақтарын тапсыруы керек. Сенімділік сынақтарына температураның циклды өзгеруі, жоғары температурада сақтау, жоғары ылғалдылықта сынақ, тербеліс пен механикалық соққы, сонымен қатар қолданылатын қосылу қабілеті сияқты оннан астам бағдарлама кіреді. CODACA компаниясының CNAS сертификатталған зертханасы клиенттердің талаптарына сәйкес AEC-Q200 сынақтарын тәуелсіз өткізе алады және сынақ есептерін береді.

3. CODACA-ның қозғалтқыш жүйелері үшін индуктивтік элемент шешімдері

1. Автомобильдік сапалы жоғары токты қуат индуктивтік элементі

Қозғалтқышты басқару жүйелерінде жоғары токты күштік индуктивтіліктер негізінен DC-DC түрлендіргіштер мен сүзгіштік тізбектерінде қолданылады. CODACA компаниясының автомобильдік деңгейдегі жоғары токты күштік индуктивтіліктері төмен шығындар мен жоғары қанықу тогын қамтамасыз етеді; олардың қанықу тоғы 422 А-ге дейін, жұмыс істеу температуралық ауқымы -55°C-тан +155°C-қа дейін құрайды, сондықтан олар күрделі автомобильдік электронды орталарға сәйкес келеді.

2. Автомобильдік деңгейдегі формаланған күштік шок

CODACA компаниясының автомобильдік деңгейдегі формаланған күштік шогы төмен шығынды магниттік ұнтақтық өзек материалдарын және катушканың орын ауысуы мен өнімнің формалану кезінде трещиналар пайда болуы сияқты техникалық қиындықтарды шешуге бағытталған инновациялық электродтық технологияны қолданады. Ол индуктивтіліктің жалпы шығынын 30%-дан астамына дейін азайтады, жұмыс істеу температурасын 170°C-қа дейін қолдайды, қуаттың пайдалы әсер коэффициентін 98%-ға дейін жеткізеді және қозғалтқышты басқару жүйелерінің сенімділігі мен DC-DC тізбектерінің түрлендіру тиімділігін тиімді түрде жақсартады.

3. Автомобильдік деңгейдегі стерженьді индуктивтілік

CODACA компаниясының тәжірибелі ғылыми-зерттеу және дамыту (ҒЗД) тобы бар, ол тұтынушылардың талаптарына сәйкес әртүрлі сипаттамалар мен құрылымдарға ие автомобильдік сападағы стерженьді индукторлы шешімдерді жедел ұсына алады.

4. ЭМИ компоненттері

Жалпы режимдегі шунттар, бисерлер және басқа магниттік компоненттер автомобильдік электрқозғалтқыштардың жетек жүйелері мен қуатты фильтрлеу тізбектерінде кеңінен қолданылады; олар сигналдық және қуаттық сызықтардағы шуға қарсы күреседі.