电动机/变频器电路配置示例

应用注释 电动机/变频器电路配置示例

随着汽车电动化的发展，马达发生器的需求不断增加。马达与逆变器呈现一体化的趋势，小型、高耐热、耐振动要求也不断提高，因此对元件的高可靠性提出了要求。此外，根据不同配线电感，有时会发生较大的浪涌电压，因此配线及缓冲电容器相关措施不可或缺。同时，噪音对策也同样重要。

马达/发电机电路结构示例

驱动马达及发电机时使用了将直流变为交流的逆变器电路。逆变器电路中使用有IGBT等半导体开关，最近则使用了SiC等高速器件，通过高频化不断推进小型化趋势发展。大型马达驱动需要400V以上的电压，逆变器电路前段中使用有升压电路，同时为提高效率，一般会使用两个半导体开关。马达驱动时会迅速流过电流，连接升压电路与逆变器的高压线需要实现稳定化，因此会使用称为DC LINK的电容器。ｐ>

图1 : 系统结构

适用于DC Link/Snubber的电容器

SiC、Gan等高速器件得到越来越广泛的使用，逆变器也不断小型化，因此噪音对策变得越来越重要。根据不同配线电感，有时会发生较大的浪涌电压，因此配线及缓冲电容器相关措施不可或缺。

图2 : TDK电容器产品导览

图3 : 代表性电容器

薄膜电容器

B3277＊H 系列

・适用于耐湿负荷环境试验条件
(60℃ｘ95%RH＋Vrdc 1,000H)
・适用于450 V DC至1,100 V DC的直流电压范围
・适用于1.5µF至120 µF的静电容量范围

CeraLink®

B58031* 系列

・额定电压500 V DC、700 V DC
还可在900 V DC下使用
・低ESR（等效串联电阻）
·低ESL（等效串联电感）

关于薄膜电容器

逆变器电路输入需要稳定的DC电压。由于马达是以低频驱动，因此吸收纹波部分需要较大的容量。薄膜电容器的允许纹波电流较大，因此适用于稳定电压。

表1 : 薄膜电容器的产品线

CeraLink®缓冲电路中的运用事例

马达驱动时会迅速流过电流。急剧的电流变化会造成大幅振荡电压，从而会导致半导体器件耐压恶化，并产生噪音。CeraLink虽然是SMD，但其拥有高耐压、高容量。通过SMD的优势在优化图案的同时，还可降低配线的寄生电感。此外，由于器件本身ESL较小，因此可减少振荡电压的产生。

图4 : CeraLink®缓冲电路中的运用事例

要求值
高静电容量密度:2 to 5 µF/cm³
低ESL: 2.5 to 4 nH
高耐热性CeraLink™可安装在半导体附近，并且最高可在150°C下工作。
dV/dt无限制。

图5 :CeraLinkTM在高频、高温下的损耗较小，因此允许纹波电流值较大

关于IGBT/FET驱动用变压器

马达驱动用逆变器电路及大电力转换器中使用电桥电路。电桥电路由High side（高压）Low side（低压）半导体开关构成，驱动半导体开关时需要稳定电源。High side侧的电压尤为高，汽车马达中最大达到800V。与Low side侧之间需要绝缘电源，因此使用了小型、高耐压的变压器。此外，其中会使用多个半导体开关，而栅极电压一旦不均等则器件间可靠性将会不均匀，因此需要保持电压的均等化。

图6 : TDK变压器产品的特征

表2 : 因结构产生的不同与产品线

变压器种类	分散型变压器	集中型变压器
电路图
输出数	1 ~ 2	3 ~ 6
优点	小型化实现高自由度布局 重量轻有利于耐振动	整体成本低于分散型
缺点	每次输出的成本高于集中型	形状较大容易造成布局上的制约 与分散型相比，各NS绕组与NF之间容易产生键合偏差 重量较重不利于耐振动 共面度精度与分散型相比较为不利
产品	VGT10SEE-200S2A5 VGT12EEM-200S1A4 VGT15SEFD-200S1A4 VGT15EFD-200S3A6	VGT15SEFD-250S4A7 VGT22EPC-200S6A12

IGBT/FET驱动用变压器使用事例

大功率逆变器及升压电路中使用有IPM（Intelligent Power Module)。IPM是带有Power MOS FET及IGBT等功率器件以及驱动电路、自我保护功能的电力半导体器件。
用于驱动IPM的电源电压要求在15V±10%。为了与电力器件绝缘，通常会使用变压器，但变压器特性不佳则会导致电压稳定性降低。此外，为了确保绝缘可靠性，所使用的线材也十分重要，因此采用了在高温环境下也能保持高可靠性的线材。重视空间及成本时使用集中型变压器，而重视配置自由度及电压稳定性时则使用分散型变压器。

图7 : IGBT/FET驱动用变压器使用事例

变压器所要求的特性

・高可靠性 ……次级侧的各绕组间需要绝缘
       （各绕组间时刻在长时间的严酷环境下施加高电压（400~800V））

・高效化 ……采用低漏磁、偏差小的结构与最佳设计

・搭载性 ……支持高频化，通过最佳Platform化实现小型化

审核编辑：汤梓红