功率模塊選得好，逆變器高效又可靠

全球正加速向電氣化轉型，尤其是在交通和基礎設施領(lǐng)域。無(wú)論是乘用車(chē)還是商用/農業(yè)車(chē)輛(CAV)，都在轉向電動(dòng)驅動(dòng)。國際能源署(IEA)2022 年的數據顯示，太陽(yáng)能發(fā)電量首次超過(guò)風(fēng)電，達到1300TWh。

轉換能量需要用到逆變器和轉換器。太陽(yáng)能光伏(PV)板產(chǎn)生直流電，而電網(wǎng)中運行的是交流電。電動(dòng)汽車(chē)(EV)的情況類(lèi)似，其主驅電池系統提供直流電，而發(fā)動(dòng)機中的主驅電機需要交流電。

在這兩種情況下，電力轉換過(guò)程的能效具有重要影響，因為任何能量損失都會(huì )轉化為熱量，這就需要風(fēng)扇或散熱器等散熱措施，進(jìn)而會(huì )擴大整體解決方案的體積。在確保功率的前提下，減小尺寸和重量對于優(yōu)化空間利用至關(guān)重要?；?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/IGBT">IGBT的模塊廣泛用于電源轉換應用，模塊的選擇將決定系統的整體性能。

尋找正確的拓撲

選擇更好地電路配置是實(shí)現高能效的關(guān)鍵。太陽(yáng)能逆變器和電池儲能逆變器通常使用三電平有源中性點(diǎn)箝位(ANPC)轉換器。這種拓撲結構經(jīng)過(guò)優(yōu)化設計，可以提升系統的性能和能效。如圖1所示，三個(gè)半橋模塊可以連接成ANPC拓撲，該拓撲通常使用大功率IGBT開(kāi)關(guān)來(lái)改善控制并減少損耗。這種拓撲結構還可以降低各個(gè)器件上的電壓應力，從而提高可靠性。

圖1：ANPC轉換器可利用模塊來(lái)輕松構建

設計工程師可通過(guò)并聯(lián)多個(gè)安森美(onsemi)QDual 3 IGBT 模塊，創(chuàng )建能夠提供1.6至1.8 MW 功率輸出的高性能三電平ANPC轉換器。

安森美的新款高功率QDual3技術(shù)

在QDual 3 模塊中，開(kāi)關(guān)所使用的底層技術(shù)對性能和能效有很大影響。該模塊基于新一代場(chǎng)截止7 (FS7) IGBT 技術(shù)，可以為太陽(yáng)能逆變器、儲能和CAV等高功率應用實(shí)現更高的性能水平。主要原因在于其關(guān)鍵參數VCE(SAT)較前代產(chǎn)品提升了0.4V。

FS7技術(shù)還使芯片尺寸較之前縮小了約30%。芯片功率密度的提升，再配合加寬導電路徑和改良電源端子設計等封裝改進(jìn)，使QDual3能夠承載新一代IGBT功率模塊輸出的更高電流。

圖2：安森美的新型QDual3半橋IGBT模塊

與之前相同外形和尺寸的600A模塊相比，Qdual3方案的電流能力(800A)提高了33%。采用600A模塊時(shí)，總共需要36個(gè)模塊才能組合形成ANPC 1.725MW 逆變器。但Qdual3模塊的額定電流更高，達到800A，因此1.725MW逆變器僅需要27個(gè)模塊。減少9個(gè)模塊意味著(zhù)尺寸和重量減小25%，系統控制成本也會(huì )隨之降低。

QDual3在商用和農業(yè)車(chē)輛電機驅動(dòng)中同樣廣受歡迎。整車(chē)能夠實(shí)現更高的功率，且所需并聯(lián)模塊數量更少，能效更高。這些改進(jìn)有助于增加車(chē)輛的續航能力，同時(shí)簡(jiǎn)化系統設計。

圖3：電流能力更大意味著(zhù)高功率系統所需的模塊更少

每個(gè)模塊都包含一個(gè)隔離底板，用于安裝和熱管理。模塊遵循行業(yè)標準布局，配置了可焊接引腳，可以直接安裝到PCB上。這樣既有助于多源采購，也便于將產(chǎn)品改裝到現有設計中，從而享受新技術(shù)的優(yōu)勢。

圖4：超聲波焊接可降低溫度并增強可靠性

安森美深知可靠性不容忽視。因此所有QDual3模塊均經(jīng)過(guò)嚴格的可靠性測試，且測試標準遠超市場(chǎng)上同類(lèi)器件。我們的濕度測試要求產(chǎn)品承受960V偏壓長(cháng)達2000小時(shí)，而同類(lèi)器件僅需承受80V偏壓1000小時(shí)。振動(dòng)測試對于CAV應用至為關(guān)鍵，我們的產(chǎn)品在10G RMS 條件下進(jìn)行了長(cháng)達22小時(shí)的測試，遠超其他產(chǎn)品的5G/1小時(shí)標準，可滿(mǎn)足AQG324要求。