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汽車應(yīng)用的三電平逆變器方案,相同的物理外形

欄目:電源知識 發(fā)布時間:2025-01-13
汽車應(yīng)用的三電平逆變器方案
  因此,利用兩級和三級拓?fù)鋬?yōu)勢的平衡方法至關(guān)重要。

  三電平逆變器已成為電動和混合動力推進(jìn)系統(tǒng)的重要組成部分。這些逆變器比傳統(tǒng)的兩級設(shè)計更具優(yōu)勢,包括更低的諧波失真、更低的開關(guān)損耗和更高的系統(tǒng)效率。雖然三電平逆變器為電動汽車傳動系統(tǒng)帶來了諸多好處,但它們也帶來了與系統(tǒng)成本和復(fù)雜性相關(guān)的挑戰(zhàn)。

  汽車應(yīng)用的三電平逆變器方案

  因此,利用兩級和三級拓?fù)鋬?yōu)勢的平衡方法至關(guān)重要。將重點介紹這種混合方法帶來的好處,體現(xiàn)在單個電源模塊(eMPack)中,能夠在提高效率的同時控制成本和復(fù)雜性。

  隨著汽車推進(jìn)系統(tǒng)不斷發(fā)展,以滿足對效率、環(huán)境保護(hù)和符合監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)的日益增長的需求,電動傳動系統(tǒng)已成為創(chuàng)新的焦點。乘用車、商用車或卡車的電力傳動系統(tǒng)必須提高能效,以最大限度地利用電池,延長行駛里程和電池壽命。

  此外,實現(xiàn)更快的充電時間和改善配電是現(xiàn)代電動傳動系統(tǒng)的關(guān)鍵考慮因素。這些系統(tǒng)有望在惡劣的環(huán)境條件下高效運(yùn)行。因此,電力傳動系統(tǒng)的核心部件逆變器必須做出相應(yīng)的調(diào)整。



  逆變器在電力傳動系統(tǒng)中起著舉足輕重的作用,多年來從硅發(fā)展到碳化硅功率半導(dǎo)體。SiC MOSFET器件尤其表現(xiàn)出卓越的性能,與傳統(tǒng)IGBTs相比,靜態(tài)和開關(guān)損耗更低。這實現(xiàn)了更高的效率和功率密度,以及改進(jìn)的電機(jī)控制和降低的能量損耗,使基于SiC的逆變器成為高端電動汽車和混合動力汽車的首選。

  電動機(jī)的效率

  三電平逆變器在汽車應(yīng)用中越來越受歡迎,因為它們能夠進(jìn)一步提高電機(jī)效率并擴(kuò)大車輛行駛里程。三電平開關(guān)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)產(chǎn)生的較低諧波失真減少了電機(jī)中的鐵損,這是傳動系統(tǒng)效率的一個關(guān)鍵因素。電力傳動系統(tǒng)中的大多數(shù)損耗來自各種因素,如機(jī)械損耗、銅芯損耗和鐵芯損耗,總諧波失真(THD)對總能量浪費(fèi)有很大影響。

  滯后損失

  磁滯損耗是由交流電流經(jīng)電機(jī)繞組時鐵芯的反復(fù)磁化和退磁引起的。這個過程導(dǎo)致能量以熱的形式耗散。磁滯損耗與電流的頻率和最大磁通密度成正比,減輕磁滯損耗是提高電機(jī)效率的關(guān)鍵。

  渦流損耗

  由于變化的磁場,在鐵芯內(nèi)感應(yīng)出渦流。這些電流導(dǎo)致電阻發(fā)熱,進(jìn)一步降低了電機(jī)的效率。用絕緣材料層壓鐵芯有助于最小化這些損耗,使其成為提高電機(jī)性能的必要步驟。

  帶螺紋的(threaded的簡寫)THD衡量波形與其理想正弦形狀的偏差,主要是由于諧波的存在。在電動機(jī)中,THD會導(dǎo)致?lián)p耗增加、效率降低和電磁干擾。為了降低THD,使用了預(yù)測控制或空間矢量脈寬調(diào)制等先進(jìn)控制策略,同時優(yōu)化了開關(guān)頻率和調(diào)制指數(shù)。降低THD是三電平逆變器的主要優(yōu)勢之一,因為它們可以限制諧波失真,從而提高電力傳動系統(tǒng)的整體效率。

  eMPack三電平功率模塊的設(shè)計

  專門為汽車應(yīng)用開發(fā)了eMPack功率模塊,采用了先進(jìn)的三電平逆變器技術(shù)。這種先進(jìn)的模塊提供兩種變體:傳統(tǒng)的兩級拓?fù)浜同F(xiàn)代的三級拓?fù)洌瑑烧吖蚕硐嗤奈锢硗庑?。三電平拓?fù)浞Q為T型中性點箝位(TNPC),每個半橋使用四個開關(guān),而兩電平設(shè)計中只有兩個開關(guān)。

  這種配置允許降低開關(guān)損耗和提高功率效率。與NPC相比,TNPC的一個主要優(yōu)勢是它不需要額外的二極管,因此可以騰出空間在同一個模塊中集成更多的半導(dǎo)體芯片。的使用碳化硅MOSFETs這種拓?fù)浯_保了更高的效率和可靠性。

  eMPack模塊還采用了創(chuàng)新的封裝技術(shù),如flex-foil技術(shù)(圖1),取代了傳統(tǒng)的引線鍵合方法。柔性箔能夠更好地傳送電流,并增強(qiáng)模塊的機(jī)械和熱耐久性。此外,在熱堆疊中使用直接壓制芯片(DPD)技術(shù)減少了熱界面材料的厚度,從而提高了熱效率。

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