VE-TracIGBT和碳化硅(SiC)如何延长电动车续航能力的模块？

主驱动逆变器是连接电池和主驱动电机的电动汽车的核心。主驱动逆变器通常包含三个半桥元件，每个半桥元件由一对半桥元件组成MOSFET或IGBT组成，称为上桥和下桥开关。IGBT它一直是主驱动逆变器应用的首选设备，因为它可以处理高电压、快速开关、带来高能效工作，满足汽车行业具有挑战性的成本目标。

有限的耐力“里程焦虑”这是许多消费者使用电动汽车的障碍。为了缓解这种焦虑，增加电池密度和提高能量转换过程的效率是延长车辆耐力的关键。能源效率的一个关键领域是BAS29主驱动逆变器，它将直流电池电压转换为所需的交流驱动，以供电电机。

在这篇技术文章中，我们进行了讨论VE-TracIGBT和碳化硅(SiC)为了延长电动车的续航能力，模块如何赋能更高的电池密度，提供更高效的转换过程，从而帮助克服消费者的顾虑。

主驱动逆变器是连接电池和主驱动电机的电动汽车的核心。它们将直流电池电压转换为电机所需的交流驱动，功率水平通常为80kW至150kW。电池电压基于电池组的大小，通常为400V直流电压范围，但在800V为了显著降低电流，直流电压越来越普遍。

虽然锂离子(Li-Ion)在过去三年中，电池成本下降了40%，或者在过去十年中下降了90%，但它仍然是电动汽车中最高的成本。降价的轨迹预计将持续到2025-ic/" title="2025型号">2025-ic/" title="2025型号">2025-ic/" title="2025型号">2025-ic/" title="2025型号">2025-ic/" title="2025型号">2025-ic/" title="2025型号">2025-ic/" title="2025型号">2025-ic/" title="2025型号">2025-ic/" title="2025型号">2025-ic/" title="2025型号">2025-ic/" title="2025型号">2025-ic/" title="2025型号">2025-ic/" title="2025型号">2025-ic/" title="2025型号">2025-ic/" title="2025型号">2025-ic/" title="2025型号">2025-ic/" title="2025型号">2025-ic/" title="2025型号">2025年左右，届时价格将趋于稳定。鉴于这一成本，最重要的是尽可能有效地利用每个焦耳的储能，以降低电池组的成本和尺寸。

这种功率驱动提供了极高的扭矩和加速度。逆变器和电动马达的组合直接关系到车辆的反应能力“感知”因此，也与消费者的驾驶体验和满意度有关。

开关器件的作用

主驱动逆变器通常包含三个半桥元件，每个半桥元件由一对半桥元件组成MOSFET或IGBT组成，称为上桥和下桥开关。每个电机相位都有一个半桥，总共有三个，每个开关装置都由网极驱动器控制。

开关的主要功能是从高压电池中打开和关闭直流电压和电流，为推动车辆的电机提供交流驱动。这是一个高要求的应用程序，因为它工作在高电压、高电流和高工作温度条件下，而800V电池可提供200千瓦以上的功率。

基于400V电池系统的主驱动逆变器需要功率半导体器件VDS额定值在650V至750V之间，而800V方案将VDS额定值要求增加到1200V。在典型典型的应用程序中，这些功率器件持续30秒(s)的超过600A峰值交流电流，持续约1毫秒(ms)最大交流电流1600A。

另外，在保持主驱动逆变器高能效的同时，开关晶体管和用于该装置的栅极驱动器必须能够处理这些大负载。

IGBT它一直是主驱动逆变器应用的首选设备，因为它可以处理高电压、快速开关、带来高能效工作，满足汽车行业具有挑战性的成本目标。

开关和功率密度

现代汽车非常拥挤——至少有技术空间。这表明功率密度是一个重要的参数，而动力总成的功率密度尤为重要。必须尽量减少物理尺寸（和重量），因为任何重量都会降低车辆的耐力。

除了元件的物理尺寸外，设计的能效也是主要的驱动因素。能效越高，产生的热量越少，逆变器的结构越紧凑。

开关(不管是什么IGBT还是MOSFET)它对热损失有最重要的影响。低导电电阻(RDS(ON))该值可以减少静态损耗，而栅极电荷可以减少静态损耗(Qg)改进可以减少动态或开关损耗，加速系统的开关速度。如果开关更快，可以大大降低磁铁等无源元件的尺寸，从而提高功率密度。

开关的最大工作温度也会影响功率密度，因为如果设备能够在更高的温度下工作，则需要更少的冷却，从而进一步降低设计的尺寸和重量。

模块化方案增加功率密度

在许多主驱动逆变器的设计中，关键设备通常是单独包装的。虽然这是一种非常有效的方法，但它可能无法提供最紧凑或最大功率密度的设计。

另一种方法是使用预配置模块形成主驱动逆变器所需的半桥。(onsemi)的VE-Trac功率集成模块(PIM)这是一种专门用于电子汽车功能应用的方案，包括逆变器。

VE-TracDual电源模块集成在一个半桥结构中V超场截止(UFS)IGBT。这些设备使用稳定、可靠和经过验证的凹槽(Trench)UFSIGBT技术，提供高电流密度，短路保护稳定可靠，800V电池应用所需的更高电阻电压。这种智能IGBT将电流和温度传感器集成在一起，使其具有独特的优势，并与过电流相结合(OCP)提供更快的反应时间和过温等保护功能，从而提供更稳定可靠的方案。

这些芯片被封装并安装在4个.2kV(基本)绝缘能力Al2O3覆铜基板(DBCsubstrate)，两边都有铜和冷却性能。没有线邦定的模块的预期寿命是包含线邦定的类似外壳模块的预期寿命的两倍。IGBT与二极管一起包装，可以减少功率损耗，实现软开关，从而提高整体能效。

VE-TracDual该模块将裸芯片封装在一个小尺寸中，更容易集成到紧凑的设计中。高效工作，低损耗和双面水冷，确保热管理容易实现，并在175年继续工作°C允许为牵引电机提供更高的峰值功率。

主驱动逆变器的每个相位通常需要一个VE-TracDual模块，其机械设计本身可用于多相应用，提供简单的可伸缩性，包括并联模块，为每个单相提供更多的功率。

虽然基于IGBT的VE-Trac该模块足以满足大多数汽车应用的要求，但基于此SiCMOSFET增强版也可用于最高要求的应用。本产品采用最新的宽禁带(WBG)技术，进一步降低主驱逆变器的尺寸，提高能效。

总结

我们目前的技术挑战是让电动汽车在两次充电之间行驶得更远。由于政府的要求和人们对改善环境的期望，这些车辆将在未来几年内迅速采用。

减少消费者的“里程焦虑”，电动汽车将更具吸引力，因此使用速度将更快。实现这一目标的最佳方法是提高能效，这不仅可以延长里程，还可以增加功率密度和可靠性。

半导体开关是实现高能效的关键。虽然分立器具有优异的性能，但最好的方案是为汽车应用而设计的PIM，如安森美的VE-Trac模块。这些基础IGBT设计提供了所需的高能效、高性能和可扩展性，外形小巧，简化了热设计。

模块用于损耗里程功率密度逆变器

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