電子發燒友網>電子資料下載>電子資料>如何設計 SiC MOSFET 以提高電動汽車牽引逆變器的效率

如何設計 SiC MOSFET 以提高電動汽車牽引逆變器的效率

2512951 2022-11-24 | pdf | 318.41KB | 次下載 | 免費

資料介紹

工程師面臨著現代電動汽車 (EV) 的性能和續航里程之間的權衡。更快的加速和更高的巡航速度需要更頻繁和更耗時的充電停止。或者，更遠的射程是以更穩健的進步為代價的。為了增加續航里程，同時為駕駛員提供更高的性能，工程師需要設計傳動系統，以確保將盡可能多的電池能量傳輸到從動輪。同樣重要的是需要使傳動系統足夠小以適應車輛的限制。這些雙重需求需要高效率和高能量密度的組件。工程師面臨著現代電動汽車 (EV) 的性能和續航里程之間的權衡。更快的加速和更高的巡航速度需要更頻繁和更耗時的充電停止。或者，更遠的射程是以更穩健的進步為代價的。為了增加續航里程，同時為駕駛員提供更高的性能，工程師需要設計傳動系統，以確保將盡可能多的電池能量傳輸到從動輪。同樣重要的是需要使傳動系統足夠小以適應車輛的限制。這些雙重需求需要高效率和高能量密度的組件。EV 傳動系統的關鍵部件是三相電壓源逆變器（或“牽引逆變器”），它將電池的直流電壓轉換為車輛電動機所需的交流電壓。構建高效的牽引逆變器對于降低性能和范圍之間的權衡至關重要，提高效率的關鍵途徑之一是正確使用寬帶隙 (WBG)、碳化硅 (SiC) 半導體器件。EV 傳動系統的關鍵部件是三相電壓源逆變器（或“牽引逆變器”），它將電池的直流電壓轉換為車輛電動機所需的交流電壓。構建高效的牽引逆變器對于降低性能和范圍之間的權衡至關重要，提高效率的關鍵途徑之一是正確使用寬帶隙 (WBG)、碳化硅 (SiC) 半導體器件。本文介紹了 EV 牽引逆變器的作用。然后解釋了使用 SiC 功率金屬氧化物半導體場效應晶體管 (MOSFET) 設計的單元如何產生比使用絕緣柵雙極晶體管 (IGBT) 的單元更高效的 EV 驅動系統。本文以基于 SiC MOSFET 的牽引逆變器為例，以及有關如何最大限度提高裝置效率的設計技巧作為結尾。本文介紹了 EV 牽引逆變器的作用。然后解釋了使用 SiC 功率金屬氧化物半導體場效應晶體管 (MOSFET) 設計的單元如何產生比使用絕緣柵雙極晶體管 (IGBT) 的單元更高效的 EV 驅動系統。本文以基于 SiC MOSFET 的牽引逆變器為例，以及有關如何最大限度提高裝置效率的設計技巧作為結尾。什么是牽引逆變器？什么是牽引逆變器？EV 的牽引逆變器將車輛高壓 (HV) 電池提供的直流電流轉換為電動機所需的交流電流，以產生移動車輛所需的扭矩。牽引逆變器的電氣性能對車輛的加速度和續駛里程有重大影響。EV 的牽引逆變器將車輛高壓 (HV) 電池提供的直流電流轉換為電動機所需的交流電流，以產生移動車輛所需的扭矩。牽引逆變器的電氣性能對車輛的加速度和續駛里程有重大影響。現代牽引逆變器由 400 伏或最近的 800 伏設計的高壓電池系統驅動。對于 300 安培 (A) 或更大的牽引逆變器電流，由 800 伏電池系統供電的設備能夠提供超過 200 千瓦 (kW) 的功率。隨著功率的攀升，逆變器的尺寸已經縮小，從而顯著提高了功率密度。現代牽引逆變器由 400 伏或最近的 800 伏設計的高壓電池系統驅動。對于 300 安培 (A) 或更大的牽引逆變器電流，由 800 伏電池系統供電的設備能夠提供超過 200 千瓦 (kW) 的功率。隨著功率的攀升，逆變器的尺寸已經縮小，從而顯著提高了功率密度。配備 400 伏電池系統的電動汽車需要牽引逆變器配備額定電壓為 600 至 750 伏的功率半導體器件，而 800 伏車輛需要額定電壓為 900 至 1200 伏的半導體器件。牽引逆變器中使用的功率組件還必須能夠處理 30 秒 (s) 超過 500 A 的峰值交流電流和 1 毫秒 (ms) 的 1600 A 最大交流電流。此外，用于該設備的開關晶體管和柵極驅動器必須能夠處理這些大負載，同時保持牽引逆變器的高效率（表 1）。配備 400 伏電池系統的電動汽車需要牽引逆變器配備額定電壓為 600 至 750 伏的功率半導體器件，而 800 伏車輛需要額定電壓為 900 至 1200 伏的半導體器件。牽引逆變器中使用的功率組件還必須能夠處理 30 秒 (s) 超過 500 A 的峰值交流電流和 1 毫秒 (ms) 的 1600 A 最大交流電流。此外，用于該設備的開關晶體管和柵極驅動器必須能夠處理這些大負載，同時保持牽引逆變器的高效率（表 1）。表 1：典型的 2021 年牽引逆變器要求；與 2009 年相比，能量密度增加了 250%。（圖片來源：Steven Keeping）表 1：典型的 2021 年牽引逆變器要求；與 2009 年相比，能量密度增加了 250%。（圖片來源：Steven Keeping）