高能效的主驅(qū)逆變器是解決汽車里程焦慮的關(guān)鍵

（文章來源：EEWORLD）

全球環(huán)保節(jié)能法規(guī)在推動汽車廠商設(shè)計尺寸和重量更小、具有最高電源能效的電動動力總成系統(tǒng)。設(shè)計電動動力總成的挑戰(zhàn)之一是電池提供直流電，而主驅(qū)電機需要交流電。主驅(qū)逆變器是電動動力總成的關(guān)鍵部分，負責將高壓電池（350-800 VDC）的直流電壓轉(zhuǎn)換為叁相交流正弦電流的交流電壓，進而旋轉(zhuǎn)電感應電機并驅(qū)動車輛前進。

該模塊的性能影響到車輛的整體能效，包括加速和駕駛里程。安森美半導體提供高能效、穩(wěn)定可靠且具成本競爭優(yōu)勢的主驅(qū)逆變器方案及先進的封裝技術(shù)，包括分立方案、隔離門極驅(qū)動器和創(chuàng)新的VE-Trac系列模塊及寬禁帶（WBG）方案，以助力增加電動汽車的行駛里程，從而提高電動汽車的采用率。

如圖所示，該拓撲包括4個主要功能塊：叁相逆變級、隔離電源、信號處理和調(diào)節(jié)、通信總線。

3相逆變級的主要器件是逆變器里的每一相里的半橋開關(guān)里的高邊和低邊開關(guān)以及相應的高隔離電壓門極驅(qū)動器，開通和關(guān)斷那些開關(guān)產(chǎn)生3相交流正弦波形使感應電機運行。采用微處理器配置的變頻驅(qū)動控制算法管理每個逆變器相的高邊和低邊開關(guān)控制。

主驅(qū)逆變器通常采用400 V（HVL1）或800 V（HVL2）的高壓電池系統(tǒng)，后者在最新設(shè)計中日益流行。這些系統(tǒng)要求功率半導體器件的最高工作電壓在600 V至750 V范圍內(nèi)，或900 V至1200 V范圍內(nèi)，分別對應HVL1或HVL2。要求功率逆變器在每相400 A至1000 A范圍內(nèi)的電流水平下處理大量功率。

為此，一些制造商把分立的封裝器件并聯(lián)，而多數(shù)使用功率集成模塊（PIM）。安森美半導體提供分立的IGBT、碳化硅（SiC）MOSFET和創(chuàng)新的VE-Trac系列PIM，以及IGBT和快速恢復二極管的裸芯片，構(gòu)建主驅(qū)逆變器相。所有這些方案都可以與高壓門極驅(qū)動器接口。

安森美半導體的高壓門極驅(qū)動器技術(shù)除了提供用于隔離高壓系統(tǒng)與低壓系統(tǒng)的電氣隔離（galvanic isolation）之外，還有一個關(guān)鍵特性是去飽和（DESAT）檢測特性，可防止IGBT短路條件下的“擊穿”效應。此外，還具有米勒鉗位功能，防止其中一個開關(guān)意外導通。且為了增強保護，還具有故障指示功能，以通知系統(tǒng)故障且使能輸入。

安森美半導體的經(jīng)AECQ-101認證的分立IGBT器件，具有出色的熱性能和電性能。由于IGBT具有極低的VCE（sat）和門極電荷，因此可將導通和開關(guān)損耗降至最低，從而實現(xiàn)高能效運行。安森美半導體的IGBT與快速反向恢復二極管共同封裝，并采用具有競爭優(yōu)勢的場截止溝槽技術(shù)進行構(gòu)建，該技術(shù)采用了精細的單元間距設(shè)計以創(chuàng)建高功率密度器件，并具有穩(wěn)定的抗動態(tài)閂鎖條件的特性。根據(jù)電機的功率要求，可以在逆變器每個半橋上的相應的高邊和低邊開關(guān)上并聯(lián)多個IGBT。

安森美半導體的VE-Trac系列PIM，提供同類最佳的電氣和熱性能，支持兩個主驅(qū)逆變器設(shè)計平臺：VE-Trac?Dual和VE-Trac?Direct。

VE-Trac Dual結(jié)合雙面散熱 （DSC）半橋模塊，在緊湊的占位內(nèi)堆疊和擴展，提供一個小占位的平臺方案適用于從80 kW到300 kW應用。該平臺的首個器件是NVG800A75L4DSC，該模塊的額定電壓750 V，額定電流800 A，是現(xiàn)有競爭器件容量的兩倍。高效的雙面散熱確保領(lǐng)先市場的熱性能，該模塊中沒有任何綁定線，使其額定壽命加倍。

NVG800A75L4DSC是符合AQG-324認證的模塊，含嵌入式智能IGBT，對集成了過流和過溫保護功能，提供更快的保護響應時間，因而提供更強固的整體方案。安森美半導體將在未來數(shù)月推出 VE-Trac Dual平臺內(nèi)具有更高電壓和各種電流水平選項的其它器件，以應對各種新興應用。

VE-Trac Direct平臺提供同類最佳的性能和優(yōu)勢，包括采用直接冷卻實現(xiàn)出色的熱性能。該平臺的首個器件是符合AQG-324認證的NVH820S75L4SPB。該器件采用six-pack架構(gòu)封裝，已獲汽車整車廠商（OEM）和系統(tǒng)供應商廣泛認可并采用。這將支持多源供應，最小化布局更改。 由于可提供多種功率等級，VE-Trac Direct平臺將為不同的汽車平臺和應用提供簡單、快速的功率調(diào)整。

VE-Trac Dual和VE-Trac Direct平臺都能夠在最高175oC的結(jié)溫下連續(xù)工作，能在模塊化方案的緊湊封裝內(nèi)提供更高的功率。

對于800V電池電動汽車系統(tǒng)，可以將采用D2PAK-7L和TO-247封裝的1200V、20mΩ、80mΩ SiC MOSFET插入3個逆變器每個半橋上的高邊和低邊開關(guān)中。 SiC MOSFET提供優(yōu)于硅的開關(guān)性能和更高的可靠性，具有低導通電阻和緊湊的芯片尺寸，確保低電容和門極電荷。這些特性帶來了系統(tǒng)優(yōu)勢，包括高能效、快速工作頻率、更高的功率密度、更低的電磁干擾（EMI）以及減小占位的便利性。

安森美半導體提供專為主驅(qū)逆變器應用而優(yōu)化的二極管和IGBT裸片，能在175°C的溫度下連續(xù)運行，具有較低的VCE（sat）和正向電壓（VF），具有增強的可靠性和魯棒性。
? ? ? （責任編輯：fqj）