半導(dǎo)體在汽車傳動系統(tǒng)和發(fā)動機(jī)控制中的應(yīng)用

1、歡迎訪問Freekaoyan論文站半導(dǎo)體在汽車傳動系統(tǒng)和發(fā)動機(jī)控制中的應(yīng)用歡迎訪問Freekaoyan論文站    歡迎訪問Freekaoyan論文站    汽車半導(dǎo)體器件的應(yīng)用主要集中在汽車動力傳動系統(tǒng)、底盤電子控制系統(tǒng)、車身電子控制系統(tǒng)、信息通信系統(tǒng)4大系統(tǒng)，這4大系統(tǒng)對汽車半導(dǎo)體器件的市場需求額占汽車總體需求的86.4%。而其它控制系統(tǒng)僅占13.6%的市場份額。汽車動力傳動系統(tǒng)、底盤電子控制系統(tǒng)和車身電子控制系統(tǒng)所應(yīng)用的半導(dǎo)體器件主要有傳感器、微控制器、驅(qū)動器件等，信息通信系統(tǒng)所應(yīng)用的半導(dǎo)體器件主要有通信器件

2、、微控制器、驅(qū)動器件等，本文主要討論了半導(dǎo)體在汽車傳動和發(fā)動機(jī)中的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：汽車傳動系統(tǒng)、發(fā)動機(jī)控制、半導(dǎo)體、傳感器、點火線圈前言目前，隨著電子技術(shù)的發(fā)展和消費者對車輛安全、舒適度等方面要求的不斷提高，用于汽車發(fā)動機(jī)和傳動系統(tǒng)的電子系統(tǒng)幾乎要占到整車的35%，據(jù)Selantek報道，1998年汽車半導(dǎo)體銷售達(dá)到了94億美元，其中，用于傳動系統(tǒng)的占到44%，到了2003年，該市場達(dá)到了144億美元，其中用于傳動的占到40%。 發(fā)動機(jī)控制中的電源汽車發(fā)動機(jī)電源必須性能可靠、便于維護(hù)，并且比其他半導(dǎo)體設(shè)備更能承受大功率暫態(tài)沖擊和非同尋常的溫度考驗，靈活的接口及其綜合設(shè)備在實現(xiàn)這一功能時

3、也起著重要的作用 。IGBT點火線圈驅(qū)動IGBT（Insulated-gate bipolar transistors）是在19年前由Frank Wheatly在前RCA發(fā)明的，結(jié)合了雙極型和分離柵極晶體管的優(yōu)點，并在特定的電壓/開關(guān)速度域中具明顯優(yōu)勢。目前幾乎所有新點火系統(tǒng)的設(shè)計中都使用IGBT。由于ECU和點火模塊的距離可能有幾米遠(yuǎn)，所以半導(dǎo)體和點火線圈的保護(hù)以及診斷就必須由點火模塊來提供。這就意味著在點火模塊中又增加了電路復(fù)雜度。為了簡化電纜以及減少點火模塊接口的數(shù)量，多路復(fù)用管腳的使用就成了首選。但是，多路復(fù)用管腳又需要將更多的電子器件集成到點火

4、開關(guān)中。所有的這些特點都需要更多的空間來實現(xiàn)，于是有限的安放空間就成為分散式點火輸出級的主要設(shè)計因素之一。用片上芯片技術(shù)生產(chǎn)的靈巧型IGBT就可能滿足對空間的嚴(yán)格要求。噴射驅(qū)動智能電源IC在同一塊芯片上集成了一些功率驅(qū)動器和控制電路，因而可以通過單一的接口實現(xiàn)與MCU間的保護(hù)和自診斷。更先進(jìn)的技術(shù)可以提供更復(fù)雜的產(chǎn)品，通過在同一封裝上實現(xiàn)幾個接口，允許驅(qū)動4、 6甚至8缸發(fā)動機(jī)的所有噴射系統(tǒng)，與此同時，更復(fù)雜的診斷和保護(hù)電路也被集成起來。該電路在芯片上還提供了16端口的輸出，每一個輸出設(shè)備還允許熱關(guān)閉。附加的電路具有和主微控制器主機(jī)之間串行通訊接口，并且具備開路負(fù)載和螺線管。硅傳感器

5、已經(jīng)應(yīng)用的微機(jī)械壓力傳感器比汽車多路絕對壓力和大氣絕對壓力測量10年中的應(yīng)用還要多得多，這些單元的電磁兼容通常通過模塊內(nèi)部的屏蔽或者模塊機(jī)架來實現(xiàn)。最近具有集成信號處理功能的分壓阻傳感器已經(jīng)通過了在汽車上應(yīng)用的資格認(rèn)證。綜合壓力傳感器的主要特點是在一個獨立且很小的硅片擁有所有的執(zhí)行算法，這種小的尺寸允許它安裝在汽車電子模塊中，當(dāng)模塊設(shè)計好之后用金屬封裝來改進(jìn)抗電磁干擾(EMI)的能力。但這樣的成本比較高并且不利于安裝。EMC是塑封綜合壓力傳感器特別是帶有電火線圈驅(qū)動程序的安裝在模塊內(nèi)的傳感器，具有較高的開關(guān)頻率所要考慮的。EMC測試需要完整的設(shè)計測試方案、詳細(xì)的測試方法說明和準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)測試技術(shù)

6、。相關(guān)的測試證明塑封完全適合汽車的應(yīng)用。存儲器優(yōu)化現(xiàn)在汽車傳動控制系統(tǒng)包含了10,000至14,000 個標(biāo)準(zhǔn)點，這主要取決于汽車制造商和噴射系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)對于該系統(tǒng)的要求，如圖4所示，在1988到1998年期間，標(biāo)準(zhǔn)點幾乎增加了一個數(shù)量級，即系統(tǒng)越復(fù)雜其標(biāo)準(zhǔn)點也就越多。未來系統(tǒng)的解決的答案在于代碼，即運行在這些傳動控制模塊的軟件?，F(xiàn)在的查表是在開發(fā)階段功率計上的擴(kuò)展引擎影射創(chuàng)建的，然后在車輛運行時訪問，主要基于由發(fā)動機(jī)每秒轉(zhuǎn)速（rpm）、溫度和其他的傳感器測量值確定的工作點。通過編寫代碼的方式也可以夠改善性能，帶有支持庫的先進(jìn)工具將允許工程師以方程或基于模型算法的形式設(shè)計控制理論。經(jīng)過具

7、有浮點數(shù)運算功能的強(qiáng)大的微處理機(jī)器編譯，這些方程將允許發(fā)動機(jī)的性能(即馬力或扭矩)以抽象的形式描述出來。這些抽象語言的輸出相近于高性能微控制器，而方程式則取代了校準(zhǔn)點。在一些先進(jìn)的傳動系統(tǒng)中，編碼的長度在未來幾年中將很輕松的達(dá)到兆字節(jié)，就這一點而言，傳動系統(tǒng)的微處理器在本質(zhì)上也是一個存儲芯片（存儲器將仍然主要是硅的領(lǐng)域），不過這些設(shè)備中的存儲器可能由嵌入式DRAM替代ROM-RAM。BMW公司W(wǎng)olfgang Reitzle博士在Convergence會議上提到造成電子系統(tǒng)比較昂貴的原因所在：電子系統(tǒng)故障。因此，在早期的設(shè)計中需要更多的計算機(jī)模擬仿真，這樣才能減少故障及系統(tǒng)成本。此外

8、半導(dǎo)體供應(yīng)商也必須采用系統(tǒng)方法來幫助他們的客戶降低成本和縮短系統(tǒng)設(shè)計周期，例如Motorola，開發(fā)出了一系列的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的傳動系統(tǒng)方案和多種封裝方法，包括傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和軟件驅(qū)動電路等。在控制系統(tǒng)中，如引擎不點火和爆振算法，甚至燃料等，也將完全由半導(dǎo)體供應(yīng)商封裝以后提供。封裝封裝對于減小發(fā)動機(jī)電子部件的尺寸和提高運行時的溫度有著極為重要的作用，對于很多產(chǎn)品（可能會達(dá)到170oC）而言，其中一個重要的方法是徹底去除這些器件的塑料封裝（150oC熔化），將裸芯片固定在陶瓷片上。這就要求半導(dǎo)體供應(yīng)商在提供裸芯片前對晶片做很好的測試。另一個方法之是采用倒裝芯片（flip chip）封裝技術(shù)，它是直接通過芯片上呈陣列排布的凸點來實現(xiàn)芯片與封裝襯底（或電路板）的互連。由于芯片是倒扣在封裝襯底上，與常規(guī)封裝芯片放置方向相反。綜述未來發(fā)動機(jī)控制設(shè)備可能直接或通過螺栓結(jié)合安裝在發(fā)動機(jī)內(nèi)，發(fā)動機(jī)將徹底變成綜合的設(shè)備，控制系統(tǒng)通過裝配線控制。因此，這里需要高溫控制模塊，