用于热管理和电机管理的电源解决方案

英飞凌在 APEC 期间展示了各种解决方案，尤其是热管理方面的最新创新，包括全新 OptiMOS™ 系列封装和 EiceDRIVER™ 系列中的新器件 6EDL7141 三相栅极驱动器。在接受采访时，英飞凌科技产品营销经理 Francesca Pastorelli 和英飞凌科技电池供电电机解决方案负责人 Marijana Vukicevic 强调了电力电子产品的多样化设计要求如何需要满足最高安全性的高效解决方案标准。

电动滑板车、电动叉车和其他轻型电动汽车 (LEV) 以及电动工具和电池管理系统等应用需要高额定电流、稳健性和耐用性。选择满足应用要求的封装可以让设计人员实现最高性能。“新的 TOLG [TO-Leaded with Gullwing 导体] 和 TOLT [TO-Leaded 顶部冷却] 封装提供极低的 RDS （on）和高于 300 A 的高额定电流，以提高高功率密度设计中的系统效率，”帕斯托雷利说。

与此同时，日益流行的电池供电工业和消费应用需要高效、安全的电机控制解决方案。“EiceDRIVER 系列中的新型 6EDL7141 IC 以 7×7 平方毫米的 48 引脚 VQFN 封装解决了这些挑战，”Marijana Vukicevic 说。

热管理

英飞凌为 TOLx 系列中的 OptiMOS 功率 MOSFET 提供了两种新封装。TOLG 结合了 TOLL 和 D2PAK-7pin 封装的最佳特性，共享与 TOLL 相同的 10 x 11 mm2 占位面积和电气性能，以及 D2PAK-7pin 增加的引线灵活性。TOLG 的主要优势在采用铝绝缘金属基板 (Al-IMS) 的设计中尤为明显。在这些设计中，热膨胀系数 (CTE)（描述材料随温度变化而改变其形状的趋势）高于铜-IMS 和 FR4 板。

板上温度循环 (TCoB) 引起的问题会导致封装和 PCB 之间的焊接点出现裂纹。凭借鸥翼引线的灵活性，英飞凌证明了 TOLG 实现的 TCoB 性能是标准 IPC-9701 要求的两倍。

“我们在 TOLG 中看到的另一个关键特性不仅是电流额定值，而且还与 RDS(on) 有关。因此电阻比 D 2 PAK低约 15% 。当然，这也可以帮助客户减少电力损失，”Francesca Pastorelli 说。

她补充说：“目标应用特别是电池管理和所有电动汽车。从今天的角度来看，我们拥有最新的技术，即 60 至 250 伏特的 OptiMOS 5。”

图 1：冷却概念比较 TOLL 与 TOLG 与 TOLT（来源：英飞凌）

TOLT 封装的引线框架倒置以将裸露的金属放置在顶部，该封装的每一侧都有多个鸥翼引线，用于承载高电流的漏极和源极连接。使用倒置的引线框架，热量直接传递到散热器。与 TOLL 底部冷却封装相比，TOLT 将 R thJA提高了 20%，R thJC提高了 50%。 

“在 TOLT 中，封装内部的引线框架被翻转，漏极焊盘暴露在封装顶部。封装高度和引线公差影响 TIM 厚度及其热性能。负间距消除了引线公差的影响。引线和焊盘之间的空间充满了焊料，”Francesca Pastorelli 说。

图 2：TOLG 封装组装（来源：英飞凌）

TOLT 封装组装（来源：英飞凌科技）

英飞凌为电机控制领域的两种封装设计了评估板。Pastorelli指出，在不久的将来，电池管理系统领域将会有更多的评估板。

电机控制

EiceDRIVER 6EDL7141 具有用于配置栅极驱动输出的 SPI 接口，以及用于为所有系统功能供电的集成电源和两个电荷泵。该 IC 提供 5.5 至 60 V 的工作电压和高达 1.5 A 的可配置驱动电流，驱动各种 MOSFET 和可编程逻辑以适应应用。智能驱动器具有可调节配置，具有不同的电流水平和时序选项，可控制压摆率并最大限度地减少系统电磁干扰 (EMI)。 

图 4：通过集成提高功率密度（来源：英飞凌）

图 5：基于 6EDL7141 的电机驱动器——系统框图（来源：英飞凌）

应用范围从机器人到电动工具和无人机。如图 4 所示，三个半桥驱动器和一个运算放大器、LDO 和降压转换器集成在同一封装中。“基本上，电源管理是关键，运算放大器旨在通过霍尔传感器或分流电阻器进行电机控制，”Vukicevic 说。

基于电荷泵的三相栅极驱动器支持 100% 占空比，并且由于双电荷泵，即使在低电池电压下也允许标准电平 MOSFET 驱动。为了优化最小 EMI，6EDL7141 支持 7 V、10 V、12 V 和 15 V 之间的可调栅极驱动器电源电压设置以及具有多个电平/时序的可调栅极驱动器压摆率配置。

Vukicevic 说：“硬件保护的实施是为了避免破坏系统。” “特别是，我们在分流器或 RDS(on) 处具有 OCP [过流保护]、温度警告和停机、基于霍尔传感器和内存故障的转子锁定检测。此外，当发生制动事件时，6EDL7141 会将栅极驱动器输出设置为预定义状态。”
   
      她指出，所有 6EDL7141 设置都可以通过可用的 GUI 轻松更改。该工具的目的是通过优化“制动配置”和“PWM 续流模式”等参数以及各种电路配置，使设计变得快速而简单。

　　审核编辑：汤梓红