基于HybridPACK 2 IGBT模塊的HybridKIT三相逆變器系統(tǒng)解決方案

　　逆變器系統(tǒng)的開發(fā)步驟

　　用于HybridPACK2的HybridKIT的完整結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。HybridPACK2是一種典型的支持三相逆變器的6管IGBT產(chǎn)品。設(shè)計中需考慮的主要事項和挑戰(zhàn)如下：

　　逆變器系統(tǒng)采用的直流母線支撐電容，提供功率模塊和電池的解耦。薄膜電容器最適合這種應(yīng)用。主要參數(shù)包括電容的工作電壓、允許的紋波電壓和有效值電流。為了降低整個系統(tǒng)的雜散電感，模塊和電容在機(jī)械方面應(yīng)相互匹配。

　　為了避免模塊溫度過熱，超過模塊制造商產(chǎn)品說明書中規(guī)定的最高允許溫度，必須為模塊中的功率損耗設(shè)計散熱通道。因此，冷卻系統(tǒng)的設(shè)計，對實現(xiàn)產(chǎn)品的最佳性能并確保產(chǎn)品的使用壽命具有重要意義。

　　為了在逆變器內(nèi)部的電機(jī)控制板和IGBT驅(qū)動電路板上全面實現(xiàn)控制、監(jiān)測、評估、安全和保護(hù)功能，需要在最開始系統(tǒng)設(shè)計階段做好全面規(guī)劃和設(shè)計，包括元器件的選擇、方案設(shè)計以及PCB電路板+逆變器高壓電路布線確定等。良好的布局能確保良好的電磁兼容性，并預(yù)留足夠的的電氣間隙和爬電距離。此外，還需進(jìn)行軟件的開發(fā)、測試和調(diào)試。

　　總而言之，逆變器系統(tǒng)是(H)EV的重要核心組成部分，必須花大力氣構(gòu)建該系統(tǒng)。

HybridKIT和HybridPACK2的部件和功能

　　HybridKIT(圖2)充分考慮了上述設(shè)計挑戰(zhàn)，是英飛凌為客戶精心設(shè)計的一種系統(tǒng)解決方案，能夠讓客戶輕松、快速地完成逆變器開發(fā)以及整個(H)EV的結(jié)構(gòu)設(shè)計并集成到HEV中。由于HybridKIT能夠讓客戶快速地對各種關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行評估，它可幫助客戶縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期。HybridKIT不僅僅是一種參考設(shè)計，而且還支持早期的系統(tǒng)測試(例如，將HybridKIT包括在硬件在環(huán)(HiL)系統(tǒng)中時)或者初期樣機(jī)階段上車系統(tǒng)測試。

　　英飛凌的IGBT功率模塊HybridPACK2(圖3)及基于模塊的HybridKIT ，能滿足汽車特殊工況應(yīng)用需求，包括熱循環(huán)穩(wěn)定性、功率循環(huán)穩(wěn)定性等。在開發(fā)HybridPACK模塊系列過程中，我們針對以下兩個方面進(jìn)行了重大改進(jìn)：芯片表面接合線(bonding wire綁定線)的連接和基板與基片之間的焊點(IGBT 銅底板和)。因此，大多數(shù)水冷系統(tǒng)可以滿足Hybridpack散熱需求。HybridPACK2的設(shè)計以滿足80kW驅(qū)動要求為目標(biāo)。HybridPACK2中帶有逆變器所需的全部功率半導(dǎo)體器件以及三個用于溫度測量的NTC(負(fù)溫度系數(shù))電阻。該模塊的設(shè)計最大工作結(jié)溫為150°C，包含由第三代溝槽場終止IGBT(絕緣柵雙極晶體管)和與之匹配的續(xù)流二極管構(gòu)成的六單元結(jié)構(gòu)。HybridPACK2的最大額定電流和電壓分別為800A和650V，導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗在同類產(chǎn)品中最低。

　　HybridKIT的第二個模塊包括直流母線支撐電容B25655J4507K(Epcos制造)，該電容器在電氣和機(jī)械方面均經(jīng)過匹配，可以實現(xiàn)緊湊設(shè)計和低雜散電感。經(jīng)過調(diào)整和測試，確保該電容完全滿足HybridPACK2的要求。

　　對于需要較高功率或較高工作溫度的應(yīng)用，我們提供水冷部件?？梢灾苯訉⒃撍洳考寐葆敼潭ǖ?strong>IGBT模塊上，中間添加一個一體化橡膠墊，起到適當(dāng)?shù)拿芊庾饔?。所有設(shè)計參數(shù)均經(jīng)過優(yōu)化，以確保緊湊的外形、最佳的冷卻效果和更長的使用壽命。

　　模塊采用了兩個彼此獨立的PCB，以便按照最先進(jìn)的設(shè)計規(guī)則、規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行線路板設(shè)計，這兩個PCB包括： IGBT驅(qū)動電路板和MCU控制電路板。六通道IGBT驅(qū)動板在電氣和機(jī)械方面均經(jīng)過優(yōu)化，以滿足HybridPACK2的要求。該驅(qū)動板具有如下主要功能：為IGBT驅(qū)動供電的隔離DC-DC電源，以確保六個不同的IGBT驅(qū)動器(1ED020I12-FA，英飛凌基于空芯無磁性變壓器技術(shù)的驅(qū)動器)之間的電氣隔離;帶電氣隔離的直流母線電壓檢測(作為保護(hù)/監(jiān)測功能的輸入);通過NTC元件進(jìn)行的溫度測量;用于短路保護(hù)的有源鉗位二極管;每個IGBT驅(qū)動器單獨配備獨立的推挽輸出功率放大電路，以提高電流驅(qū)動能力。

　　邏輯電路板包括控制驅(qū)動板所需的所有元器件。此外，它還提供構(gòu)成完整的逆變器系統(tǒng)所必需的所有其他元件之間的接口，包括：馬達(dá)接口(編碼器和旋轉(zhuǎn)變壓器)、電流傳感器接口、通訊(CAN和RS232)以及附加的模擬和數(shù)字輸入/輸出接口。利用英飛凌板載微控制器(TC1767)，可以通過軟件輕松地實現(xiàn)各種保護(hù)和監(jiān)測功能、驅(qū)動器控制以及對HybridPACK2性能的評估。這些功能的示例軟件正在開發(fā)之中。

　　用于HybridPACK2的HybridKIT既是一種參考設(shè)計，也是一種開發(fā)三相逆變器系統(tǒng)的絕佳工具。它不僅支持硬件測試和測量(即短路、溫度等)，而且支持軟件開發(fā)。它包含了構(gòu)成一個完整系統(tǒng)所必需的全部組件，并且提供與其他外接組件連接的接口(馬達(dá)接口、電流測量和通訊接口)。隨機(jī)提供的還有全套文檔，包括部件清單、電路設(shè)計和布局?jǐn)?shù)據(jù)等，使客戶可以盡快開始(H)EV系統(tǒng)的開發(fā)。