應(yīng)用注釋 電動(dòng)機(jī)/變頻器電路配置示例

隨著汽車電動(dòng)化的發(fā)展，馬達(dá)發(fā)生器的需求不斷增加。馬達(dá)與逆變器呈現(xiàn)一體化的趨勢(shì)，小型、高耐熱、耐振動(dòng)要求也不斷提高，因此對(duì)元件的高可靠性提出了要求。此外，根據(jù)不同配線電感，有時(shí)會(huì)發(fā)生較大的浪涌電壓，因此配線及緩沖電容器相關(guān)措施不可或缺。同時(shí)，噪音對(duì)策也同樣重要。

馬達(dá)/發(fā)電機(jī)電路結(jié)構(gòu)示例

驅(qū)動(dòng)馬達(dá)及發(fā)電機(jī)時(shí)使用了將直流變?yōu)榻涣鞯哪孀兤麟娐贰Ｄ孀兤麟娐分惺褂糜?a target="_blank">IGBT等半導(dǎo)體開關(guān)，最近則使用了SiC等高速器件，通過(guò)高頻化不斷推進(jìn)小型化趨勢(shì)發(fā)展。大型馬達(dá)驅(qū)動(dòng)需要400V以上的電壓，逆變器電路前段中使用有升壓電路，同時(shí)為提高效率，一般會(huì)使用兩個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)。馬達(dá)驅(qū)動(dòng)時(shí)會(huì)迅速流過(guò)電流，連接升壓電路與逆變器的高壓線需要實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定化，因此會(huì)使用稱為DC LINK的電容器。ｐ>

圖1 : 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

適用于DC Link/Snubber的電容器

SiC、Gan等高速器件得到越來(lái)越廣泛的使用，逆變器也不斷小型化，因此噪音對(duì)策變得越來(lái)越重要。根據(jù)不同配線電感，有時(shí)會(huì)發(fā)生較大的浪涌電壓，因此配線及緩沖電容器相關(guān)措施不可或缺。

圖2 : TDK電容器產(chǎn)品導(dǎo)覽

圖3 : 代表性電容器

薄膜電容器

B3277＊H 系列

?適用于耐濕負(fù)荷環(huán)境試驗(yàn)條件
(60℃ｘ95%RH＋Vrdc 1,000H)
?適用于450 V DC至1,100 V DC的直流電壓范圍
?適用于1.5μF至120 μF的靜電容量范圍

CeraLink?

B58031* 系列

?額定電壓500 V DC、700 V DC
還可在900 V DC下使用
?低ESR（等效串聯(lián)電阻）
·低ESL（等效串聯(lián)電感）

關(guān)于薄膜電容器

逆變器電路輸入需要穩(wěn)定的DC電壓。由于馬達(dá)是以低頻驅(qū)動(dòng)，因此吸收紋波部分需要較大的容量。薄膜電容器的允許紋波電流較大，因此適用于穩(wěn)定電壓。

表1 : 薄膜電容器的產(chǎn)品線

CeraLink?緩沖電路中的運(yùn)用事例

馬達(dá)驅(qū)動(dòng)時(shí)會(huì)迅速流過(guò)電流。急劇的電流變化會(huì)造成大幅振蕩電壓，從而會(huì)導(dǎo)致半導(dǎo)體器件耐壓惡化，并產(chǎn)生噪音。CeraLink雖然是SMD，但其擁有高耐壓、高容量。通過(guò)SMD的優(yōu)勢(shì)在優(yōu)化圖案的同時(shí)，還可降低配線的寄生電感。此外，由于器件本身ESL較小，因此可減少振蕩電壓的產(chǎn)生。

圖4 : CeraLink?緩沖電路中的運(yùn)用事例

要求值
高靜電容量密度:2 to 5 μF/cm3
低ESL: 2.5 to 4 nH
高耐熱性CeraLink?可安裝在半導(dǎo)體附近，并且最高可在150°C下工作。
dV/dt無(wú)限制。

圖5 :CeraLinkTM在高頻、高溫下的損耗較小，因此允許紋波電流值較大

關(guān)于IGBT/FET驅(qū)動(dòng)用變壓器

馬達(dá)驅(qū)動(dòng)用逆變器電路及大電力轉(zhuǎn)換器中使用電橋電路。電橋電路由High side（高壓）Low side（低壓）半導(dǎo)體開關(guān)構(gòu)成，驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體開關(guān)時(shí)需要穩(wěn)定電源。High side側(cè)的電壓尤為高，汽車馬達(dá)中最大達(dá)到800V。與Low side側(cè)之間需要絕緣電源，因此使用了小型、高耐壓的變壓器。此外，其中會(huì)使用多個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)，而柵極電壓一旦不均等則器件間可靠性將會(huì)不均勻，因此需要保持電壓的均等化。

圖6 : TDK變壓器產(chǎn)品的特征

表2 : 因結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的不同與產(chǎn)品線

變壓器種類	分散型變壓器	集中型變壓器
電路圖
輸出數(shù)	1 ~ 2	3 ~ 6
優(yōu)點(diǎn)	小型化實(shí)現(xiàn)高自由度布局 重量輕有利于耐振動(dòng)	整體成本低于分散型
缺點(diǎn)	每次輸出的成本高于集中型	形狀較大容易造成布局上的制約 與分散型相比，各NS繞組與NF之間容易產(chǎn)生鍵合偏差 重量較重不利于耐振動(dòng) 共面度精度與分散型相比較為不利
產(chǎn)品	VGT10SEE-200S2A5 VGT12EEM-200S1A4 VGT15SEFD-200S1A4 VGT15EFD-200S3A6	VGT15SEFD-250S4A7 VGT22EPC-200S6A12

IGBT/FET驅(qū)動(dòng)用變壓器使用事例

大功率逆變器及升壓電路中使用有IPM（Intelligent Power Module)。IPM是帶有Power MOS FET及IGBT等功率器件以及驅(qū)動(dòng)電路、自我保護(hù)功能的電力半導(dǎo)體器件。
用于驅(qū)動(dòng)IPM的電源電壓要求在15V±10%。為了與電力器件絕緣，通常會(huì)使用變壓器，但變壓器特性不佳則會(huì)導(dǎo)致電壓穩(wěn)定性降低。此外，為了確保絕緣可靠性，所使用的線材也十分重要，因此采用了在高溫環(huán)境下也能保持高可靠性的線材。重視空間及成本時(shí)使用集中型變壓器，而重視配置自由度及電壓穩(wěn)定性時(shí)則使用分散型變壓器。

圖7 : IGBT/FET驅(qū)動(dòng)用變壓器使用事例

變壓器所要求的特性

?高可靠性 ……次級(jí)側(cè)的各繞組間需要絕緣
???????（各繞組間時(shí)刻在長(zhǎng)時(shí)間的嚴(yán)酷環(huán)境下施加高電壓（400~800V））

?高效化 ……采用低漏磁、偏差小的結(jié)構(gòu)與最佳設(shè)計(jì)

?搭載性 ……支持高頻化，通過(guò)最佳Platform化實(shí)現(xiàn)小型化

審核編輯：湯梓紅