『电子工程世界TB』高能效的主驱逆变器方案是解决里程焦虑的关键

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电池提供直流电，而主驱电机需要交流电。主驱逆变器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电流的交流电压，进而旋转电感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。安森美半导体提供高能效、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。
主驱逆变器方案拓扑
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。

本文插图
3相逆变级
3相逆变级的主要器件是逆变器里的每一相里的半桥开关里的高边和低边开关以及相应的高隔离电压门极驱动器，开通和关断那些开关产生3相交流正弦波形使感应电机运行。采用微处理器配置的变频驱动控制算法管理每个逆变器相的高边和低边开关控制。
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(PIM) 。安森美半导体提供分立的IGBT、碳化硅（SiC）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”效应。此外，还具有米勒钳位功能，防止其中一个开关意外导通。且为了增强保护，还具有故障指示功能，以通知系统故障且使能输入。
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 。
安森美半导体的VE-Trac系列PIM ，提供同类最佳的电气和热性能，支持两个主驱逆变器设计平台：VE-Trac?Dual和VE-Trac?Direct 。
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。