分析混合動力電動車設(shè)計中大功率器件的應(yīng)用
盡管標準內(nèi)燃機驅(qū)動的汽車可以相對輕松地從12V電池供電和相應(yīng)的12V/14V交流發(fā)電機獲取車載系統(tǒng)的電氣需求,但由于混合動力電動汽車采用了幾個系統(tǒng),它們需要更高的功率級別。對于輕混、全混、插電式混合動力汽車或純電動汽車而言,耗能最多的組件是電機驅(qū)動裝置。該裝置需要在沒有內(nèi)燃機支持的情況下,至少在一定時間內(nèi)有效驅(qū)使車輛行進。為在不損失阻性連接通道上大部分電能條件下,為數(shù)十千瓦至上百千瓦的大功率電機供電,大電流路徑需要實現(xiàn)更高的電壓(范圍為600V至1200V)。但即使在如此之高的電壓條件下,所需的電流水平也不過為幾百安培。
高壓電網(wǎng)的引入,使汽車行業(yè)開始采用兩個全新的功率密集型產(chǎn)品:將直流轉(zhuǎn)換成交流以驅(qū)動電機的DC-AC逆變器,以及在高壓電網(wǎng)和12V電網(wǎng)之間實現(xiàn)電能交換的DC-DC 轉(zhuǎn)換器。混合動力汽車仍然需要12V電網(wǎng),因為多數(shù)標準汽車電子系統(tǒng)都采用12V電源。
如前所述,換流器和轉(zhuǎn)換器需要管理幾千瓦的功率,因此需要配備優(yōu)化半導體器件和高級封裝的十分復雜的高效電子裝置。專注功率管理的國際整流器(IR)公司因此認為這種半導體平臺要滿足這些全新高功率電子系統(tǒng)的要求需具備下述性能:
1) 在各種應(yīng)用中具備更高能效;
2) 更高的載流能力,在600V至1200V典型電壓條件下,載流能力為100A至300A;
3) 更出色的機械和電氣性能,確保能夠經(jīng)受惡劣的汽車環(huán)境,同時滿足防失效設(shè)計的所有安全和保護要求;
4) 更低的電磁干擾和寄生電感,由于開關(guān)大電流和高壓會產(chǎn)生極強的電磁場,包括傳導或傳遞噪聲/電磁干擾、過壓尖峰和對汽車敏感電子裝置造成影響的其他干擾等。
下文詳細探討圖1所示的可解決上述問題的5個主要平臺元素:
圖1:滿足混合動力電動汽車的功率管理需求的五大“必備要素”
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