用標準組件制造緊湊模塊化逆變電源
該逆變器具有從 240 V DC 到 475 V DC 的寬輸入電壓范圍，并在 400 VDC 時提供 120 kW 的峰值功率。
ankel-Engineering 與 TDK 和 Infineon Technologies 合作開發(fā)了一種基于標準組件的模塊化設(shè)計的緊湊型電機逆變器，從而為電動汽車和工業(yè)電子產(chǎn)品的一系列驅(qū)動任務(wù)提供了具有成本效益的解決方案。
用標準組件制造緊湊模塊化逆變電源
該逆變器具有從 240 V DC 到 475 V DC 的寬輸入電壓范圍，并在 400 VDC 時提供 120 kW 的峰值功率。為了改善EMC，逆變器的所有電子元件、連接和饋通都安裝在屏蔽鋁外殼中，該外殼還在底部集成了液體冷卻器。這用于冷卻 IGBT 模塊和無源元件。最高冷卻液供應(yīng)溫度為 65 °C，這在汽車行業(yè)很常見。除了直流鏈路電壓為 500 V 的版本外，還有 850 V 版本。得益于內(nèi)部開發(fā)的帶有 GUI(圖形用戶界面)的軟件包，逆變器可以立即使用。
具有成熟技術(shù)和高性能的標準 IGBT 模塊
逆變器的核心是 Infineon HybridPACK? 驅(qū)動模塊 FS 820R08 PinFin(圖 1)，最大電壓為 750 V，用于所述轉(zhuǎn)換器，最大直流鏈路電壓為 470 V。
HybridPACK? Drive 是一款非常緊湊的電源模塊，非常適合混合動力和電動汽車 (xEV) 中的主逆變器應(yīng)用。FS820R08 (820 A/750 V) 功率型是針對最大功率為 150 kW 的逆變器進行優(yōu)化的六組模塊。該電源模塊實現(xiàn)了 EDT2 IGBT 芯片一代，這是一種用于汽車行業(yè)的微圖案溝槽場截止單元設(shè)計。該芯片組具有高電流密度、短路穩(wěn)定性和更高的反向電壓，可在惡劣環(huán)境中可靠地運行逆變器。EDT2 IGBT 還具有出色的輕載損耗，有助于顯著提高實際駕駛循環(huán)中的系統(tǒng)效率。該芯片組針對 10 kHz 范圍內(nèi)的開關(guān)頻率進行了優(yōu)化。
HybridPACK?Drive 功率模塊系列配備機械導(dǎo)向元件，便于客戶組裝。此外，用于信號連接的壓接引腳避免了額外耗時的選擇性焊接工藝，從而節(jié)省了系統(tǒng)級成本并提高了系統(tǒng)可靠性。FS820R08A6P2B 模塊中采用 PinFin 結(jié)構(gòu)的直接冷卻底板和實施的 EDT2 芯片組均具有出色的熱特性。由于高間隙和爬電距離，該模塊系列還適用于更高的系統(tǒng)工作電壓，并在功率和電壓方面支持模塊化逆變器應(yīng)用，提供可擴展性。
來自 TDK 的 PCC(功率電容器芯片)計劃的特別改裝的高性能直流鏈路電容器在 500 V 直流電壓下提供 650 μF 的電容(圖 2)。這款堅固耐用的電容器已通過 AEC-Q200 汽車認證，在全自動生產(chǎn)線上制造，并因其高達 180 A 的高連續(xù)電流和峰值電流值而脫穎而出。許多 Tier1/OEM 已經(jīng)在他們的產(chǎn)品中使用這種電容器的定制解決方案系列轉(zhuǎn)換器。這個電容也定了一個準標準。其最低 10 nH 的低 ESL 值支持 EMC 濾波器，同時還保護半導(dǎo)體模塊免受開關(guān)過電壓(稱為過沖)的影響。
此外，它還設(shè)計用于 500 V 的連續(xù)電壓，以補償充電過程中出現(xiàn)的過電壓。它的焊接觸點，取代許多競爭對手使用的焊接連接，多年來還設(shè)定了最大電流負載能力的標準——尤其是在溫度引起的最大應(yīng)變下——并確保汽車技術(shù)具有出色的可靠性水平。集成母線平衡了已安裝的電容器組，因此可以最大程度地利用所有半導(dǎo)體開關(guān)的容量。直至半導(dǎo)體模塊的母線重疊設(shè)計同時降低了視在電感 ESL，因此通常不需要特殊的緩沖電容器。通過生產(chǎn)自己的薄膜，TDK 甚至可以在高達 110 °C 的溫度下使用有限的時間。
多年來還設(shè)定了最大電流負載能力的標準——尤其是在溫度引起的最大應(yīng)變下——并確保汽車技術(shù)具有出色的可靠性水平。集成母線平衡了已安裝的電容器組，因此可以最大程度地利用所有半導(dǎo)體開關(guān)的容量。直至半導(dǎo)體模塊的母線重疊設(shè)計同時降低了視在電感 ESL，因此通常不需要特殊的緩沖電容器。通過生產(chǎn)自己的薄膜，TDK 甚至可以在高達 110 °C 的溫度下使用有限的時間。
多年來還設(shè)定了最大電流負載能力的標準——尤其是在溫度引起的最大應(yīng)變下——并確保汽車技術(shù)具有出色的可靠性水平。集成母線平衡了已安裝的電容器組，因此可以最大程度地利用所有半導(dǎo)體開關(guān)的容量。直至半導(dǎo)體模塊的母線重疊設(shè)計同時降低了視在電感 ESL，因此通常不需要特殊的緩沖電容器。通過生產(chǎn)自己的薄膜，TDK 甚至可以在高達 110 °C 的溫度下使用有限的時間。
集成母線平衡了已安裝的電容器組，因此可以最大程度地利用所有半導(dǎo)體開關(guān)的容量。直至半導(dǎo)體模塊的母線重疊設(shè)計同時降低了視在電感 ESL，因此通常不需要特殊的緩沖電容器。通過生產(chǎn)自己的薄膜，TDK 甚至可以在高達 110 °C 的溫度下使用有限的時間。集成母線平衡了已安裝的電容器組，因此可以最大程度地利用所有半導(dǎo)體開關(guān)的容量。直至半導(dǎo)體模塊的母線重疊設(shè)計同時降低了視在電感 ESL，因此通常不需要特殊的緩沖電容器。通過生產(chǎn)自己的薄膜，TDK 甚至可以在高達 110 °C 的溫度下使用有限的時間。
新型 TDK CarXield? 系列高電流濾波器可控制 EMC
CarXield?(圖 3)是連接在高壓電池和逆變器直流鏈路輸入之間的新型模塊化 EMC 濾波器系列。在這些濾波器上，HV-DC 電源連接直接連接到濾波器。為此，濾波器具有獨特的 L 形連接 - 專為增加電流負載能力和改進的爬電距離而設(shè)計，以適應(yīng)管狀電纜接線頭。所使用的濾波器組合非常顯著地降低了電源模塊切換時總是出現(xiàn)的高頻干擾。然而，聲學可感知范圍內(nèi)的信號也顯著減少。這些濾波器目前可用于 500 V DC 或 900 V DC 電壓和 85 °C 下高達 400 A 的電流。
CarXield EMC 濾波器涵蓋不同的功率和電壓等級。這已經(jīng)被考慮在內(nèi)，即使對于具有 1200 V 的下一代 IGBT 以及寬帶隙模塊，例如 1200 V SiC，因此最大 850 V 直流鏈路電壓也是如此。可提供不同版本的母線以實現(xiàn)最大的靈活性。還有一個沒有集成母線的版本。
圖 4 顯示了 EMC 濾波器組件的典型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和布置，以典型逆變器內(nèi)的區(qū)域形式顯示，其中區(qū)域 Z3 代表 CarXield?，Z0 代表交流連接上方的附加共模衰減核心。進一步的措施包括各個組件的干凈布置、分離和屏蔽，以實現(xiàn)最佳的 EMC 結(jié)果。
在 Mankel-Engineering 實驗室進行的測量表明，CarXield 濾波器以及逆變器在承受負載時具有出色的 EMC 性能，符合 CISPR 25，HV5 類的限制要求。
除了高壓功率單元外，逆變器還需要控制器和接口，例如用于速度和方向檢測的接口，這些接口由 12V 供電。TDK 還為此提供了廣泛的組件組合。例如，柵極驅(qū)動變壓器是控制器單元的組成部分。例如，EPCOS E13EMHV 系列緊湊型 SMT 變壓器 (B78308*A003) 具有高介電強度，適用于各種 DC-DC 轉(zhuǎn)換器拓撲結(jié)構(gòu)(圖 6)。絕緣間隙符合 IEC 60664-1、61558-2-16，可實現(xiàn) 1000 V DC 的高工作電壓。允許高達 2500 Vpeak 的瞬態(tài)過電壓。初級側(cè)和次級側(cè)之間的高介電強度為 3000 V AC(50 Hz，60 秒)。新系列的類型具有不同的變壓比。
TDK 為數(shù)字通信接口提供特殊的 CAN 總線扼流圈 ACT1210 和 ACT45B 系列。當 CAN 總線信號電平發(fā)生變化時，它們可以防止振鈴，從而實現(xiàn)無干擾通信。
除了上述組件外，TDK 還提供各種可靠耐用的無源組件和傳感器，以滿足汽車和工業(yè)領(lǐng)域的嚴格要求。
原文出處：使用標準組件制造的緊湊型模塊化逆變器