什么是冷却系统用泵？～使得水循环来抑制设备的发热～

什么是冷却系统用泵？
～使得水循环来抑制设备的发热～

2024-4-22

什么是冷却系统用泵？
关于市场和设备的趋势
包括泵在内的冷却系统的电路配置
1. 总体配置
个别电路及组件
小结
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冷却系统用泵是一个在冷却系统中产生水流的装置，它为了抑制设备发热而使得水循环，在30W到100W的输出功率下动作。它由叶轮、马达和逆变器组成，并具有一体化的圆筒形等外观特点。我们将在本消息中就泵的功能和系统配置进行解说，同时对构成的电子零部件进行介绍

1. 什么是冷却系统用泵？

安装在车辆上的冷却系统是为了抑制电池、马达等各种设备的发热设计而成的。冷却系统通过使得水在发热设备的冷却单元（夹套）中布置的管道内循环来冷却设备。泵的作用是使管道内的水强制流动。泵的输出功率通常在约30W到100W之间。其结构由叶轮（波轮）、马达等机械部分、以及控制马达的逆变器（马达控制器）电路板构成。这些零部件通常是一体化的，并具有圆筒形等外观特征。

2. 关于市场和设备的趋势

随着包括EV（电动车）和ICE（Internal Combustion Engine：内燃机）在内的汽车数量的增加，预计安装的泵数量也将增加。此外，由于各种设备(电池容量、OBC输出功率、逆变器输出功率)的输出功率增加，发热量也呈现增加的趋势，因此要求进一步提高冷却系统的冷却性能，泵的输出功率本身今后也需要实现高输出化。

因此，构成冷却系统的电子零部件需要具备“大电流”、“低损耗”、“高耐热”、“高精度（温度）”等性能。

3. 包括泵在内的冷却系统的电路配置

3-1. 总体配置

噪声滤波器：利用线圈和电容器来去除噪声
电压转换电路：通过使用FET等的开关电路来转换电压
电流测量：测量向马达的输出电流
栅极驱动电路：控制开关元件的栅极
控制电路：控制转换电路等
DC/DC转换器：为控制电路提供电源
通信IF：与外部的通信电路

4. 个别电路及组件

4-1. 噪声滤波器

噪声滤波器电路抑制来自外部或其自身电路的噪声，防止电路误操作。滤波器上通常将大型的线圈和电容器组合在一起。

【要使用的零部件】

噪声去除/平滑――导电性聚合物混合铝电解电容器

POINT

❶ 藉由大容量、低ESR和高纹波性能，为电路的小型化/大功率化(低电压和大电流)做出贡献
❷ 藉由支持高频的容量特性，为去除电路的高频开关化中所产生的广带宽和高频率噪声做出贡献

电压转换――车载用功率电感器

POINT

❶ 藉由金属磁性材料的低损耗和大电流性能，为电路的小型化/大功率化(低电压和大电流)做出贡献
❷ 藉由损耗特性的高频化(低ACR)，为抑制电路的高频开关化损耗做出贡献

4-2. 电压转换电路

电压转换电路通过多个开关元件来转换电压。通过令开关元件On/Off来执行转换操作，但由于开关元件On/Off时会产生噪声，因此通常在元件（FET）的栅极端子插入电阻器来抑制驱动噪声。

【要使用的零部件】

开关元件栅极驱动噪声抑制――贴片电阻 (小型高功率贴片电阻)

POINT

❶ 藉由独特的电阻图案、电极结构等实现小型高功率化，为电路的小型化做出贡献

4-3. 控制电路

通过水温传感器来实时监测在冷却系统内循环的水温。对于传感器获得的水温，调整冷却系统内泵的速度，以将系统内保持在适当的温度。

【要使用的零部件】

水温监视――温度传感器(汽车电子用)

POINT

❶ 藉由包覆成型焊接实现了防水性能以及业界最高等级的耐热性（-40℃～200℃）。

4-4. DC/DC转换器

DC/DC转换器主要由FET、线圈、电容器构成。为了去除输入部的噪声和使得输出部平滑，通常使用导电性聚合物混合铝电解电容器，为了进行电压转换，通常使用车载用功率电感器。

【要使用的零部件】

噪声去除/开关/平滑――导电性聚合物混合铝电解电容器

POINT

❶ 藉由大容量、低ESR和高纹波性能，为电路的小型化/大功率化(低电压和大电流)做出贡献
❷ 藉由支持高频的容量特性，为去除电路的高频开关化中所产生的广带宽和高频率噪声做出贡献

电压转换――车载用功率电感器

POINT

❶ 藉由金属磁性材料的低损耗和大电流性能，为电路的小型化/大功率化(低电压和大电流)做出贡献
❷ 藉由损耗特性的高频化(低ACR)，为抑制电路的高频开关化损耗做出贡献

4-5. 通信I/F

在通信I/F（通信）电路中，使用两根线缆与外部设备（CAN、Ethernet等）进行通信。此时，如果噪声或静电从通信线路混入，则可能会导致收发器IC故障。因此，作为用来预防静电噪声的措施通常插入片式压敏电阻器。

【要使用的零部件】

ESD噪声去除――片式压敏电阻器

POINT

❶ 藉由具有广泛容量特性的产品阵容，在保持电路通信品质的同时，为抑制静电(ESD)噪声做出贡献
❷ 片式压敏电阻器藉由其8~250pF的容量特性，支持从低速到高速的通信速度

5. 小结

冷却系统是通过水的循环来冷却设备，抑制设备发热的系统。预计今后随着EV和ICE车辆数量的增加，冷却系统及其配备的泵数也将增加。由于各种设备的输出功率也呈现增加的趋势，因此要求提高冷却系统的冷却性能，泵本身也需要实现高输出化。与此同时，构成冷却系统的电子零部件需要满足“大电流”“低损耗”“高耐热”“高精度(温度)”的要求。松下机电株式会社备有面向冷却系统的广泛的产品阵容（表1）。

表1 产品阵容和特点一览

零部件	特点	高电压	大电流	低损耗	小型化	高耐热	高精度
导电性聚合物混合铝电解电容器	低ESR 高可靠性	✔	✔	✔	✔	✔
车载用功率电感器	大电流、低损耗高可靠性		✔	✔	✔	✔
贴片电阻 (小型高功率贴片电阻)	高精度高耐热		✔		✔	✔
片式压敏电阻器	小型轻量化				✔
温度传感器(汽车电子用)	高精度高可靠性					✔	✔