全球正加速向电气化转型,尤其是在交通和基础设施领域。无论是乘用车还是商用/农业车辆(CAV),都在转向电动驱动。国际能源署(IEA)2022 年的数据显示,太阳能发电量首次超过风电,达到1300TWh。
转换能量需要用到逆变器和转换器。太阳能光伏(PV)板产生直流电,而电网中运行的是交流电。电动汽车(EV)的情况类似,其主驱电池系统提供直流电,而发动机中的主驱电机需要交流电。
在这两种情况下,电力转换过程的能效具有重要影响,因为任何能量损失都会转化为热量,这就需要风扇或散热器等散热措施,进而会扩大整体解决方案的体积。在确保功率的前提下,减小尺寸和重量对于优化空间利用至关重要。基于IGBT的模块广泛用于电源转换应用,模块的选择将决定系统的整体性能。
寻找正确的拓扑
选择更好地电路配置是实现高能效的关键。太阳能逆变器和电池储能逆变器通常使用三电平有源中性点箝位(ANPC)转换器。这种拓扑结构经过优化设计,可以提升系统的性能和能效。如图所示,三个半桥模块可以连接成ANPC拓扑,该拓扑通常使用大功率IGBT开关来改善控制并减少损耗。这种拓扑结构还可以降低各个器件上的电压应力,从而提高可靠性。
图:ANPC转换器可利用模块来轻松构建
设计工程师可通过并联多个安森美(onsemi)QDual3 IGBT 模块,创建能够提供1.6至1.8MW 功率输出的高性能三电平ANPC转换器。
安森美的新款高功率QDual3威廉希尔官方网站
在QDual3 模块中,开关所使用的底层威廉希尔官方网站 对性能和能效有很大影响。该模块基于新一代场截止7(FS7) IGBT 威廉希尔官方网站 ,可以为太阳能逆变器、储能和CAV等高功率应用实现更高的性能水平。主要原因在于其关键参数VCE(SAT)较前代产品提升了0.4V。
FS7威廉希尔官方网站 还使芯片尺寸较之前缩小了约30%。芯片功率密度的提升,再配合加宽导电路径和改良电源端子设计等封装改进,使QDual3能够承载新一代IGBT功率模块输出的更高电流。
与之前相同外形和尺寸的600A模块相比,Qdual3方案的电流能力(800A)提高了33%。采用600A模块时,总共需要36个模块才能组合形成ANPC1.725MW 逆变器。但Qdual3模块的额定电流更高,达到800A,因此1.725MW逆变器仅需要27个模块。减少9个模块意味着尺寸和重量减小25%,系统控制成本也会随之降低。
QDual3在商用和农业车辆电机驱动中同样广受欢迎。整车能够实现更高的功率,且所需并联模块数量更少,能效更高。这些改进有助于增加车辆的续航能力,同时简化系统设计。
图:电流能力更大意味着高功率系统所需的模块更少
每个模块都包含一个隔离底板,用于安装和热管理。模块遵循行业标准布局,配置了可焊接引脚,可以直接安装到PCB上。这样既有助于多源采购,也便于将产品改装到现有设计中,从而享受新威廉希尔官方网站 的优势。
图:超声波焊接可降低温度并增强可靠性
安森美深知可靠性不容忽视。因此所有QDual3模块均经过严格的可靠性测试,且测试标准远超市场上同类器件。我们的湿度测试要求产品承受960V偏压长达2000小时,而同类器件仅需承受80V偏压1000小时。振动测试对于CAV应用至为关键,我们的产品在10GRMS 条件下进行了长达22小时的测试,远超其他产品的5G/1小时标准,可满足AQG324要求。
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原文标题:功率模块选得好,逆变器高效又可靠
文章出处:【微信号:onsemi-china,微信公众号:安森美】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。
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