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提高电动汽车采用率的高能效主驱逆变器方案解

作者:e胜博官网 发布时间:2020-12-05 12:59 点击:

  全球环保节能法规在推动汽车厂商设计尺寸和重量更小、具有最高电源能效的电动动力总成系统。设计电动动力总成的挑战之一是是电动动力总成的关键部分,负责将高压电池(350-800 VDC)的直流电压转换为三相交流正弦应电机并驱动车辆前进。该模块的性能影响到车辆的整体能效,包括加速和驾驶里程。半导体提供高能效、稳定可靠且具成本竞争优势的主驱逆变器方案及先进的封装技术,包括分立方案、隔离门极驱动器和创新的VE-Trac系列模块及宽禁带(WBG)方案,以助力增加电动汽车的行驶里程,从而提高电动汽车的采用率。

  如图1所示,该拓扑包括4个主要功能块:三相逆变级、隔离电源、信号处理和调节、通信总线:主驱逆变器方案拓扑

  主驱逆变器通常采用400 V(HVL1)或800 V(HVL2)的高压电池系统,后者在最新设计中日益流行。这些系统要求功率半导体器件的最高工作电压在600 V至750 V范围内,或900 V至1200 V范围内,分别对应HVL1或HVL2。要求功率逆变器在每相400 A至1000 A范围内的电流水平下处理大量功率。为此,一些制造商把分立的封装器件并联,而多数使用功率集成模块(

  MOSFET和创新的VE-Trac系列PIM,以及IGBT和快速恢复二极管的裸芯片,构建主驱逆变器相。所有这些方案都可以与高压门极驱动器接口。安森美半导体的高压门极驱动器技术除了提供用于隔离高压系统与低压系统的电气隔离(galvanic isolation)之外,还有一个关键特性是去饱和(DESAT)检测特性,可防止IGBT短路条件下的“击穿

  安森美半导体的经AECQ-101认证的分立IGBT器件,具有出色的热性能和电性能。由于IGBT具有极低的VCE(sat)和门极电荷,因此可将导通和开关损耗降至最低,从而实现高能效运行。安森美半导体的IGBT与快速反向恢复二极管共同封装,并采用具有竞争优势的场截止沟槽技术进行构建,该技术采用了精细的单元间距设计以创建高功率密度器件,并具有稳定的抗动态闩锁条件的特性。根据电机的功率要求,可以在逆变器每个半桥上的相应的高边和低边开关上并联多个IGBT。

  VE-Trac Dual结合双面散热 (DSC)半桥模块,在紧凑的占位内堆叠和扩展,提供一个小占位的平台方案适用于从80 kW到300 kW应用。该平台的首个器件是NVG800A75L4DSC,该模块的额定电压750 V,额定电流800 A,是现有竞争器件容量的两倍。高效的双面散热确保领先市场的热性能,该模块中没有任何绑定线,使其额定寿命加倍。NVG800A75L4DSC是符合AQG-324认证的模块,含嵌入式智能IGBT,对集成了过流和过温保护功能,提供更快的保护响应时间,因而提供更强固的整体方案。安森美半导体将在未来数月推出 VE-Trac Dual平台内具有更高电压和各种电流水平选项的其它器件,以应对各种新兴应用。

  VE-Trac Direct平台提供同类最佳的性能和优势,包括采用直接冷却实现出色的热性能。该平台的首个器件是符合AQG-324认证的NVH820S75L4SPB。该器件采用six-pack架构封装,已获汽车整车厂商(OEM)和系统供应商广泛认可并采用。这将支持多源供应,最小化布局更改。 由于可提供多种功率等级,VE-Trac Direct平台将为不同的汽车平台和应用提供简单、快速的功率调整。

  安森美半导体提供专为主驱逆变器应用而优化的二极管和IGBT裸片,能在175°C的温度下连续运行,具有较低的VCE(sat)和正向电压(VF),具有增强的可靠性和鲁棒性。信号处理和调节

  测量和信号调节模块的主要功能是处理来自逆变器的电流和温度检测信号以及来自感应电机的电流和电机位置检测信号。使用谐振和反激控制器构造的隔离电源可以为微控制器、信号调节和模拟测量电路

  比较器运算放大器和电流检测放大器,以构建信号处理电路,与微控制器模数转换器单元接口,从而构成闭环系统。通信总线

  ,可确保以超过1 Mbps的数据速率进行可靠定的车载通信,以满足现代车载网络的要求。此外,安森美半导体还提供AECQ-101认证的通信总线保护器件,结温最大值为175°C,以保护车辆通信线路免受静电放电(ESD)和其他有害瞬态电压事件的影响。这些器件为每条数据线路提供双向保护,为系统设计人员提高系统可靠性并满足严格的EMI要求提供了具成本优势的选择。

  VE-Trac Dual评估套件含三个VE-Trac Dual电源模块,贴装在双侧冷却散热器上,配有6通道门极驱动板、直流母线电容器和用于电机控制的外置霍尔效应电流检测反馈,不含脉宽调制(PWM)控制器。其特性如下:

  汽车级隔离型大电流、高能效IGBT门极驱动器内置电气隔离NCV57000/1

  设计电动动力总成的挑战之一是电池提供直流电,而主驱电机需要交流电。因此,主驱逆变器是动力总成的关键部分。

  选择不当或设计不当会导致逆变器能效低或尺寸大(或两者兼而有之),这将不利于车辆行驶更远的里程,必须仔细评估导通损耗和开关损耗,以实现车辆的目标传动系统性能。安森美半导体提供高能效、强固且具成本竞争优势的主驱逆变器方案及先进的封装技术,包括分立功率器件、隔离门极驱动器和扩展的模块方案,以及宽禁带方案,并持续创新,以解决设计挑战,为迅速增长的主驱逆变器市场提供可扩展性和汽车可靠性,推动电动动力总成的快速发展和采用。

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