TDK集團(tuán)攜手英飛凌科技公司 （Infineon Technologies） 共同研發(fā)出一款xEV逆變器。新逆變器綜合了英飛凌IGBT模塊、愛(ài)普科斯 （EPCOS） 以及TDK無(wú)源器件的優(yōu)勢(shì)，完美搭配，可在10~150 kW的功率范圍內(nèi)將逆變器的效率提升到98%以上新型英飛凌HybridPACK? IGBT驅(qū)動(dòng)模塊具有緊湊的結(jié)構(gòu)和超高的效率，能滿足電動(dòng)汽車(chē)應(yīng)用的核心要求。FS820R08A6P2B型的工作電流高達(dá)820 A，吸收電壓為750 V，且配備用于冷卻液的針狀散熱翅片。這些模塊能實(shí)現(xiàn)高達(dá)150 kW的驅(qū)動(dòng)功率輸出。若功率較小，可采用帶平坦基板的FS660R08A6P2FB替代解決方案。這種IGBT模塊具有相同的電氣特性，但其最大電流僅為660 A。在xEV和工業(yè)應(yīng)用方面，HybridPACK?驅(qū)動(dòng)系列為逆變器的功率等級(jí)具有良好的可擴(kuò)展性。該產(chǎn)品系列還包含不同的模塊框架，包括負(fù)載終端 （FS820R08A6P2） 焊接觸點(diǎn)框架和用于簡(jiǎn)化電流傳感器的長(zhǎng)電機(jī)終端 （FS820R08A6P2LB） 框架。R08A6P2系列的所有模塊均基于英飛凌最新一代的EDT2-IGBT芯片，這些芯片專(zhuān)為開(kāi)關(guān)模式下高達(dá)175°C的隔鍍層溫度環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)。堅(jiān)固的芯片組能防止短路，即使在最?lèi)毫拥臈l件下亦可確保超高可靠性。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，R08A6P2系列的效率可以高達(dá)98%（見(jiàn)圖1）。該模塊對(duì)6~10 kHz范圍內(nèi)的開(kāi)關(guān)頻率進(jìn)行了優(yōu)化。

圖1：當(dāng)開(kāi)關(guān)頻率為8 kHz時(shí)，使用評(píng)估套件測(cè)量的轉(zhuǎn)換器損耗。當(dāng)功率范圍為10~150 kW時(shí)，最大效率超過(guò)98%（當(dāng)工作電壓為450 V時(shí)，cosφ= 0.85）。該結(jié)果有效改善了插電式和混合動(dòng)力式電動(dòng)車(chē)輛的功率范圍。

這些模塊的連接點(diǎn)間距較寬，因此絕緣性能極佳，并且最大限度降低了泄漏電流，即該模塊將來(lái)還適合高壓應(yīng)用。圖2顯示了完整的逆變器模塊，該逆變器包括帶冷卻板、控制器和驅(qū)動(dòng)器板的HybridPACK模塊，以及用于直流鏈路的愛(ài)普科斯 （EPCOS） PCC電容器。

圖2：功率輸出高達(dá)150 kW的完整電機(jī)逆變器。其中最重要的無(wú)源元件是直流鏈路電容器——愛(ài)普科斯 （EPCOS） PCC電容器。整套設(shè)計(jì)模塊可使用評(píng)估套件進(jìn)行測(cè)量。

適用于DC鏈路的緊湊型解決方案此設(shè)計(jì)主要考慮了兩種類(lèi)型的愛(ài)普科斯 （EPCOS） PCC電容器，這些電容器同樣適用于其它HybridPACK模塊。其中B25655P5507K051型采用層疊繞組結(jié)構(gòu)，工作電壓為500 V DC，電容量為500 μF，可承受高達(dá)160 A的連續(xù)電流。層疊繞組技術(shù)的巨大優(yōu)勢(shì)是能實(shí)現(xiàn)接近于1的高體積填充因子。該電容器的尺寸為154 mm x 72 mm x 50 mm。第2種型號(hào) （B25655P5407K1512） 采用低成本的扁平繞組結(jié)構(gòu)，由于其體積填充因子較低，相同尺寸情況下其最大連續(xù)工作電流僅為140A，電容量為400 μF。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須確保直流鏈路電容器在最大電流負(fù)載下保持充分冷卻。直流鏈路電容器的低等效串聯(lián)電感 （ESL） 和等效串聯(lián)電阻 （ESR） 值對(duì)逆變器設(shè)計(jì)的成敗至關(guān)重要。當(dāng)開(kāi)斷IGBT時(shí)，只有等效串聯(lián)電感足夠低才能消除或最小化電壓峰值和振蕩。上述PCC電容器的等效串聯(lián)電感值僅為15 nH，而消耗能量的等效串聯(lián)電阻值則分別只有0.5 m?或0.7 m?。由于逆變器大匯流條的六個(gè)端子與HybridPACK模塊的端子完全匹配（見(jiàn)圖3），使得逆變器的等效串聯(lián)電感和等效串聯(lián)電阻值都相當(dāng)之低。如果將來(lái)對(duì)匯流條進(jìn)行改進(jìn)，則逆變器的等效串聯(lián)電感值將小于10 nH，而等效串聯(lián)電阻值則小于0.5 m?。

圖3：愛(ài)普科斯（EPCOS） PCC電容器的匯流條具有六個(gè)大型端子，確保了等效串聯(lián)電感和等效串聯(lián)電阻值的最小化。

上述電容器的生產(chǎn)線完全符合汽車(chē)產(chǎn)品要求，可確保最高可靠性。須特別注意的是其內(nèi)部匯流條的焊接，因?yàn)楹附拥馁|(zhì)量直接決定了電容器的載流能力和功耗。除高可靠性以外，愛(ài)普科斯 （EPCOS） PCC電容器還具有優(yōu)異的EMC性能，能在100 MHz左右的調(diào)頻頻段內(nèi)實(shí)現(xiàn)出色的噪聲抑制。電隔離 - 汽車(chē)電子的基本特性驅(qū)動(dòng)板的任務(wù)是提供三個(gè)高閾值和三個(gè)低閾值的IGBT，以在門(mén)極處提供必要的開(kāi)關(guān)信號(hào)。必須確保驅(qū)動(dòng)電路和IGBT之間保持充分的電隔離，防止故障時(shí)電源電壓竄擾到驅(qū)動(dòng)器板上而導(dǎo)致絕緣擊穿。為此關(guān)鍵部件需采用柵極驅(qū)動(dòng)變壓器。圖4顯示了提供絕緣IGBT驅(qū)動(dòng)器的應(yīng)用電路。

圖4：柵極驅(qū)動(dòng)器變壓器的任務(wù)是確保高壓側(cè)和低壓側(cè)之間實(shí)現(xiàn)可靠的電隔離。

本參考設(shè)計(jì)采用六個(gè)B78307A2276A003 （P100403） 愛(ài)普科斯 （EPCOS） 門(mén)極驅(qū)動(dòng)變壓器。這些變壓器確保了逆變器的絕緣電壓可高達(dá)2.5kV（1分鐘，50Hz）。變壓器的匝比為1:1.08，電感值為100 μH。盡管介電強(qiáng)度很高，但變壓器的尺寸僅為11.7 mm x 13.5 mm x 11.35 mm。此外，變壓器一次側(cè)和二次側(cè)之間的漏電流路徑僅為6 mm，非常適用于連續(xù)工作電壓為500 V的轉(zhuǎn)換器。抗干擾邏輯控制控制器板總攬整個(gè)逆變器的控制邏輯，其核心是AURIX?汽車(chē)系列的英飛凌32位TC277微控制器。為確保邏輯的無(wú)故障運(yùn)行，接口采用了TDK ACT45B-101-2P-TL003 CAN總線共模扼流圈。當(dāng)頻率為10 MHz時(shí)，這些扼流圈的共模阻抗可達(dá)5.8 k?，能有效確保數(shù)據(jù)傳輸不受干擾。扼流圈符合AEC-Q200標(biāo)準(zhǔn)，尺寸僅為4.5 mm x 3.2 mm x 2.8 mm，是目前世界上尺寸最小的扼流圈。此外TDK MMZ1608R600AT磁珠還還能有效抑制信號(hào)電纜的噪音。