汽车执行器是受ECU控制并具体执行某项控制功能的装置。当执行器是磁化线圈时,一般是由ECU控制磁化线圈的搭铁回路,也有的是有ECU控制的某些电子控制电路,如电子点火控制装置等。汽车的现代化程度愈高,汽车的执行器就愈多。在控制系统中,执行器主要有以下几种:
1)电磁喷油器;
2)点火控制器(点火模块);
3)怠速控制阀;
4)废气再循环阀;
5)进气控制阀;
6)二次空气喷射阀;
7)活性罐电磁阀;
8)车速控制电磁阀;
10)冷却风扇继电器;
11)空调压缩机继电器;
12)自动变速档位电磁阀;
13)增压器释压电磁阀。
汽车的点火线圈虽不属于汽车执行器的范围,但在现代汽车中,它的驱动完全依赖于电子开关,而且它的驱动有着特殊性。汽车的执行器和点火线圈的驱动主要靠电子开关,汽车中最常用的电子开关是MOSFET和IGBT。
随着全球市场竞争越来越激烈,各电力电子器件制造商正投入大量资金发展新的设计、改进新的工艺、开发新的产品,产品的更新换代几乎到了令人眼花缭乱的地步。现在,电力电子技术不断渗透到汽车领域中,这首先归功于IGBT和电力MOSFET的迅速发展。电力MOSFET与IGBT正逐渐成为低功耗转换应用中的最佳选择。同时,它们的应用在其现有的领域内也在不断地深化,今天,高耐压双极型电力晶体管几乎完全被IGBT所代替。另一方面,MOSFET则被应用于越来越高的频率范围。今天,使用合适的电路拓扑与封装技术,人们已经可以在500kHz以上实现较大的电流。但两者的应用范围确有一些不同,如图2-1所示。MOSFET适用于高频(>200kHz)、低压(<250V)、小功率(<500W)的功率输出等领域,如频率在200kHz以上的硬开关、功率低于1000W的零电压开关(ZVS)、电池充电等方面。IGBT适用于低频率(<20kHz)、高压(>1000V)、大电流、大于5kW的输出功率等领域,如频率<20kHz,具有短路和瞬时限流保护的电动机控制、焊接等方面。在电源管理器件市场,MOSFET约占其整个销售收入的1/4。ISUPPI市场调研公司的数据表明,2004年全球MOSFET的销售额达到45.11亿美元,而到2007年将达到62.5亿美元,年均增长率达到12.3%。而在汽车点火系统中,智能型IGBT成为该领域的佼佼者。
图2-1 电力MOSFET及IGBT的应用范围
目前,由于技术的进步,MOSFET的导通电阻和开关效率等关键性能指标得到显著提高,加之芯片尺寸的缩小和生产流程的简化,这种器件的成本也有所下降。IGBT也已经具备高度保护性和适应特性,如有源钳位、静电放电(ESD)保护、逻辑电平栅极阈值和栅极电阻网络,一些附加的功能也会被集成到IGBT芯片中,这些功能包括温度过高检测/关闭、电流检测/限制、看门狗定时器等。
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