最大化逆变器效率

TDK集团携手英飞凌科技公司 (Infineon Technologies) 共同研发出一款xEV逆变器。新逆变器综合了英飞凌IGBT模块、爱普科斯 (EPCOS) 以及TDK无源器件的优势，完美搭配，可在10~150 kW的功率范围内将逆变器的效率提升到98%以上

新型英飞凌HybridPACK™ IGBT驱动模块具有紧凑的结构和超高的效率，能满足电动汽车应用的核心要求。FS820R08A6P2B型的工作电流高达820 A，吸收电压为750 V，且配备用于冷却液的针状散热翅片。这些模块能实现高达150 kW的驱动功率输出。若功率较小，可采用带平坦基板的FS660R08A6P2FB替代解决方案。这种IGBT模块具有相同的电气特性，但其最大电流仅为660 A。在xEV和工业应用方面，HybridPACK™驱动系列为逆变器的功率等级具有良好的可扩展性。

该产品系列还包含不同的模块框架，包括负载终端 (FS820R08A6P2) 焊接触点框架和用于简化电流传感器的长电机终端 (FS820R08A6P2LB) 框架。

R08A6P2系列的所有模块均基于英飞凌最新一代的EDT2-IGBT芯片，这些芯片专为开关模式下高达175°C的隔镀层温度环境应用而设计。坚固的芯片组能防止短路，即使在最恶劣的条件下亦可确保超高可靠性。实际应用时，R08A6P2系列的效率可以高达98%（见图1）。该模块对6~10 kHz范围内的开关频率进行了优化。

这些模块的连接点间距较宽，因此绝缘性能极佳，并且最大限度降低了泄漏电流，即该模块将来还适合高压应用。图2显示了完整的逆变器模块，该逆变器包括带冷却板、控制器和驱动器板的HybridPACK模块，以及用于直流链路的爱普科斯 (EPCOS) PCC电容器。

适用于DC链路的紧凑型解决方案

此设计主要考虑了两种类型的爱普科斯 (EPCOS) PCC电容器，这些电容器同样适用于其它HybridPACK模块。其中B25655P5507K051型采用层叠绕组结构，工作电压为500 V DC，电容量为500 µF，可承受高达160 A的连续电流。层叠绕组技术的巨大优势是能实现接近于1的高体积填充因子。该电容器的尺寸为154 mm x 72 mm x 50 mm。

第2种型号 (B25655P5407K1512) 采用低成本的扁平绕组结构，由于其体积填充因子较低，相同尺寸情况下其最大连续工作电流仅为140A，电容量为400 µF。在设计过程中，必须确保直流链路电容器在最大电流负载下保持充分冷却。

直流链路电容器的低等效串联电感 (ESL) 和等效串联电阻 (ESR) 值对逆变器设计的成败至关重要。当开断IGBT时，只有等效串联电感足够低才能消除或最小化电压峰值和振荡。上述PCC电容器的等效串联电感值仅为15 nH，而消耗能量的等效串联电阻值则分别只有0.5 mΩ或0.7 mΩ。由于逆变器大汇流条的六个端子与HybridPACK模块的端子完全匹配（见图3），使得逆变器的等效串联电感和等效串联电阻值都相当之低。如果将来对汇流条进行改进，则逆变器的等效串联电感值将小于10 nH，而等效串联电阻值则小于0.5 mΩ。

上述电容器的生产线完全符合汽车产品要求，可确保最高可靠性。须特别注意的是其内部汇流条的焊接，因为焊接的质量直接决定了电容器的载流能力和功耗。除高可靠性以外，爱普科斯 (EPCOS) PCC电容器还具有优异的EMC性能，能在100 MHz左右的调频频段内实现出色的噪声抑制。

电隔离 - 汽车电子的基本特性

驱动板的任务是提供三个高阈值和三个低阈值的IGBT，以在门极处提供必要的开关信号。必须确保驱动电路和IGBT之间保持充分的电隔离，防止故障时电源电压窜扰到驱动器板上而导致绝缘击穿。为此关键部件需采用栅极驱动变压器。图4显示了提供绝缘IGBT驱动器的应用电路。

本参考设计采用六个B78307A2276A003 (P100403) 爱普科斯 (EPCOS) 门极驱动变压器。这些变压器确保了逆变器的绝缘电压可高达2.5kV（1分钟，50Hz）。变压器的匝比为1:1.08，电感值为100 µH。尽管介电强度很高，但变压器的尺寸仅为11.7 mm x 13.5 mm x 11.35 mm。此外，变压器一次侧和二次侧之间的漏电流路径仅为6 mm，非常适用于连续工作电压为500 V的转换器。

抗干扰逻辑控制

控制器板总揽整个逆变器的控制逻辑，其核心是AURIX™汽车系列的英飞凌32位TC277微控制器。为确保逻辑的无故障运行，接口采用了TDK ACT45B-101-2P-TL003 CAN总线共模扼流圈。当频率为10 MHz时，这些扼流圈的共模阻抗可达5.8 kΩ，能有效确保数据传输不受干扰。扼流圈符合AEC-Q200标准，尺寸仅为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磁珠还还能有效抑制信号电缆的噪音。