使用标准元件生产的紧凑型模块化逆变器

Mankel-Engineering、TDK和英飞凌科技三方携手，联合开发了一款超紧凑的电机变流器。它采用基于标准元件的模块化设计，是一种适合电动汽车和工业电子等各种驱动任务的高性价比解决方案。

该新型逆变器的特点包括：240 V DC至475 V DC的宽输入电压范围；可在400 VDC时提供高达120 kW的峰值功率；采用屏蔽的铝外壳封装所有电子元件、连接件和贯穿件，增强了EMC；外壳底部集成了液冷冷却器，可冷却IGBT模块和无源元件。变流器的最高冷却液温度为汽车行业常见的65 °C，并且可提供500 V和850 V两种直流母线电压版本供选择。其内置我们自主开发的带GUI（图形用户界面）的软件包，可立即投入使用。

采用技术成熟且性能优异的标准IGBT模块

逆变器的核心是英飞凌提供的最大电压为750 V的HybridPACK™驱动模块——FS 820R08 PinFin（见图1）。该驱动模块置于最大直流支撑电压为470 V转换器中。

HybridPACK™ Drive是一款超紧凑的功率模块，非常适合混合动力和电动汽车 (xEV) 中的主逆变器应用。其中FS820R08 (820 A/750 V) 是一种6-Pack模块，采用了新一代EDT2 IGBT芯片组，并专门针对最大功率为150 kW的逆变器而优化。EDT2 IGBT芯片组采用汽车级微沟槽场中止单元设计，具有高电流密度、可靠的短路安全性和增强的反向电压保护能力，能在恶劣环境中可靠地操作逆变器。此外，该芯片组还具有出色的轻载损耗特点，能在实际驱动循环期间显着提高系统效率，并专门针对10 kHz范围内的开关频率进行了优化。

图 1:

超坚固可靠的HybridPACK™系列.

图 2:

TDK的PCC电容器的几何形状和连接与IGBT模块精确匹配，实现了超低电感值.

HybridPACK™ Drive功率模块系列配备了机械导向元件，易于组装，并且采用压合式的信号连接引脚，无需额外费时的选择性焊接过程，从而在系统层面节省了成本并提高了可靠性。FS820R08A6P2B模块则内置PinFin散热结构的直冷式基板，且同样采用了EDT2芯片组，散热性能极好。凭借大电气间隙和爬电距离，该模块系列不仅能增加系统的工作电压，还能为模块化逆变器应用提供功率和电压方面的支持，实现可扩展性。

TDK的紧凑型直流支撑解决方案

TDK的PCC（电力电容器芯片）方案中采用了专门改装的高性能直流支撑电容器，能在500 V DC的电压下提供650 µF的电容（见图2）。该坚固耐用的电容器由全自动生产线制造，不仅符合AEC-Q200标准，并且通过汽车认证，具有高达180 A的连续工作电流和峰值电流，是同类产品中的佼佼者。该电容器深受诸多Tier1/OEM厂商的青睐，广泛用于各种串联转换器，是业内的准标杆，具有以下一系列特点和优势：1) 低至10 nH的等效串联电感 (ESL) 值，支持EMC滤波器，同时保护半导体模块免受开关过电压（称为电压过冲）的影响；2) 高达500 V的连续工作电压，能有效补偿充电期间发生的过电压；3) 采用电阻焊触点，而非同类竞品中常用的焊接连接；4) 多年来树立了最大电流负载能力的标杆，尤其是能应对温度引起的最大应变，并确保汽车技术的高可靠性水平；5) 已安装的电容器组具备集成汇流条平衡功能，可充分利用所有半导体开关的容量；6) 汇流条至半导体模块采用叠层设计，同时降低了视在电感ESL，因此通常无需特殊的缓冲电容器；7) 采用TDK自主生产的薄膜，能在高达110 °C的温度下限时使用。

TDK新的CarXield™系列大电流滤波器为电动汽车EMC保驾护航

CarXield™（见图3）是一种新的模块化EMC滤波器系列，可用于高压电池和逆变器的直流回路输入端之间。这些滤波器采用了可提高电流负载能力和改进爬电距离的独特L型连接，以适应管状电缆接线片，从而可直接连接到高压直流电源。这种滤波组合不仅能显著降低功率模块切换时频繁出现的高频干扰，还能大幅降低可感知范围内的音频噪声。这些滤波器目前可用于500 V DC或900 V DC的电压，85 °C时的电流高达400 A。

图 3:

新的CarXield系列EMC滤波器，工作电流可高达400 A。

图 4:

EMC区示图，其中Z0区中，在马达的交流连接处使用TDK特殊形状的磁芯，能够衰减高频干扰。

CarXield系列EMC滤波器具有不同的功率和电压等级。其已经考虑到无论是下一代的1200V IGBT还是宽能隙模组（如1200V 碳化硅），最高直流回路电压都是850V。该系列可提供不同母排版本及无集成母排版本以实现灵活应用。

图4以区域形式显示了EMC滤波器组件在典型逆变器的内部中的典型系统结构和布置，其中Z3区为CarXield™，Z0区显示在交流回路上方附加共模衰减磁芯。更细致的EMC措施还包括各个元件的布局、隔离和屏蔽，以实现最佳的EMC结果。

Mankel-Engineering实验室的测试结果表明， 参照CISPR 25, HV5 级别(见图5)限值要求，CarXield 和逆变器在承受负载时的EMC 性能是非常优越的。

图 5:

使用CarXield（蓝色曲线）能将高频干扰降低到CISPR 25，5类限值以下。

图 6:

E13EMHV系列栅极驱动变压器适用于反激式、推挽式和半桥式DC/DC转换器。

用于控制器和接口模块的TDK元件

除了高压功率单元，逆变器还需要一个控制器，以及速度和方向检测所需的各类接口（由12V电源供电）。针对此类应用，TDK提供了广泛的元件组合。比如，栅极驱动变压器可用作控制器单元的一部分，高介电强度的爱普科斯 (EPCOS) E13EMHV系列紧凑型SMT变压器 (B78308*A003) 适用于各种DC-DC转换器拓扑（图6）。其绝缘间隙满足标准IEC 60664-1和61558-2-16的要求，工作电压高达1000 V DC，可耐受最高 2500 V_peak的瞬态过电压，初级侧和次级侧之间的耐压高达3000 V AC（50 Hz，60 秒）。新系列型号的变压器能提供不同的定制变比。

针对数字通信接口，TDK还提供了ACT1210和ACT45B系列的特殊CAN总线扼流圈。 这些扼流圈可在CAN总线信号电平发生变化时防止振荡，确保通信无干扰。

除上述元件，TDK还提供各种在汽车和工业领域定制的、要求性能可靠且耐用的无源元件和传感器。