馬達/發(fā)電機電路中電容器和變壓器的使用事項

隨著汽車電動化的發(fā)展，馬達發(fā)生器的需求不斷增加。馬達與逆變器呈現(xiàn)一體化的趨勢，小型、高耐熱、耐振動要求也不斷提高，因此對元件的高可靠性提出了要求。此外，根據(jù)不同配線電感，有時會發(fā)生較大的浪涌電壓，因此配線及緩沖電容器相關措施不可或缺。同時，噪音對策也同樣重要。

一、馬達/發(fā)電機電路結構示例

驅動馬達及發(fā)電機時使用了將直流變?yōu)榻涣鞯哪孀兤麟娐?。逆變器電路中使用?a target="_blank">IGBT等半導體開關，最近則使用了SiC等高速器件，通過高頻化不斷推進小型化趨勢發(fā)展。大型馬達驅動需要400V以上的電壓，逆變器電路前段中使用有升壓電路，同時為提高效率，一般會使用兩個半導體開關。馬達驅動時會迅速流過電流，連接升壓電路與逆變器的高壓線需要實現(xiàn)穩(wěn)定化，因此會使用稱為DC LINK的電容器。

圖1 ： 系統(tǒng)結構

二、適用于DC Link/Snubber的電容器

SiC、Gan等高速器件得到越來越廣泛的使用，逆變器也不斷小型化，因此噪音對策變得越來越重要。根據(jù)不同配線電感，有時會發(fā)生較大的浪涌電壓，因此配線及緩沖電容器相關措施不可或缺。

圖2 ： TDK電容器產(chǎn)品導覽

圖3 ： 代表性電容器

三、關于薄膜電容器

逆變器電路輸入需要穩(wěn)定的DC電壓。由于馬達是以低頻驅動，因此吸收波紋部分需要較大的容量。薄膜電容器的允許波紋電流較大，因此適用于穩(wěn)定電壓。

表1 ： 薄膜電容器的產(chǎn)品線

四、CeraLink?緩沖電路中的運用事例

馬達驅動時會迅速流過電流。急劇的電流變化會造成大幅振蕩電壓，從而會導致半導體器件耐壓惡化，并產(chǎn)生噪音。CeraLink雖然是SMD，但其擁有高耐壓、高容量。通過SMD的優(yōu)勢在優(yōu)化圖案的同時，還可降低配線的寄生電感。此外，由于器件本身ESL較小，因此可減少振蕩電壓的產(chǎn)生。

圖4 ： CeraLink?緩沖電路中的運用事例

要求值

● 高靜電容量密度：2 to 5 μF/cm3

● 低ESL：2.5 to 4 nH

● 高耐熱性CeraLink?可安裝在半導體附近，并且最高可在150°C下工作

● dV/dt無限制

圖5 ：CeraLinkTM在高頻、高溫下的損耗較小，因此允許波紋電流值較大

五、關于IGBT/FET驅動用變壓器

馬達驅動用逆變器電路及大電力轉換器中使用電橋電路。電橋電路由High side（高壓）Low side（低壓）半導體開關構成，驅動半導體開關時需要穩(wěn)定電源。High side側的電壓尤為高，汽車馬達中最大達到800V。與Low side側之間需要絕緣電源，因此使用了小型、高耐壓的變壓器。此外，其中會使用多個半導體開關，而柵極電壓一旦不均等則器件間可靠性將會不均勻，因此需要保持電壓的均等化。

圖6 ： TDK變壓器產(chǎn)品的特征

表2 ： 因結構產(chǎn)生的不同與產(chǎn)品線

IGBT等功率器件以及驅動電路、自我保護功能的電力半導體器件。

用于驅動IPM的電源電壓要求在15V±10%。為了與電力器件絕緣，通常會使用變壓器，但變壓器特性不佳則會導致電壓穩(wěn)定性降低。此外，為了確保絕緣可靠性，所使用的線材也十分重要，因此采用了在高溫環(huán)境下也能保持高可靠性的線材。重視空間及成本時使用集中型變壓器，而重視配置自由度及電壓穩(wěn)定性時則使用分散型變壓器。

圖7 ： IGBT/FET驅動用變壓器使用事例

變壓器所要求的特性

● 高可靠性 …… 次級側的各繞組間需要絕緣（各繞組間時刻在長時間的嚴酷環(huán)境下施加高電壓（400~800V））

● 高效化 …… 采用低漏磁、偏差小的結構與最佳設計

● 搭載性 …… 支持高頻化，通過最佳Platform化實現(xiàn)小型化

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