基于HybridPACK 2 IGBT模块的HybridKIT三相逆变器系统解决方案

2011-04-08 10:15:23来源: 互联网
逆变器系统的开发步骤

  用于HybridPACK2的HybridKIT的完整结构图如图1所示。HybridPACK2是一种典型的支持三相逆变器的6管IGBT产品。设计中需考虑的主要事项和挑战如下:

  逆变器系统采用的直流母线支撑电容,提供功率模块和电池的解耦。薄膜电容器最适合这种应用。主要参数包括电容的工作电压、允许的纹波电压和有效值电流。为了降低整个系统的杂散电感,模块和电容在机械方面应相互匹配。

  为了避免模块温度过热,超过模块制造商产品说明书中规定的最高允许温度,必须为模块中的功率损耗设计散热通道。因此,冷却系统的设计,对实现产品的最佳性能并确保产品的使用寿命具有重要意义。

  为了在逆变器内部的电机控制板和IGBT驱动电路板上全面实现控制、监测、评估、安全和保护功能,需要在最开始系统设计阶段做好全面规划和设计,包括元器件的选择、方案设计以及PCB电路板+逆变器高压电路布线确定等。良好的布局能确保良好的电磁兼容性,并预留足够的的电气间隙和爬电距离。此外,还需进行软件的开发、测试和调试。

  总而言之,逆变器系统是(H)EV的重要核心组成部分,必须花大力气构建该系统。

HybridKIT和HybridPACK2的部件和功能

  HybridKIT(图2)充分考虑了上述设计挑战,是英飞凌为客户精心设计的一种系统解决方案,能够让客户轻松、快速地完成逆变器开发以及整个(H)EV的结构设计并集成到HEV中。由于HybridKIT能够让客户快速地对各种关键参数进行评估,它可帮助客户缩短产品的开发周期。HybridKIT不仅仅是一种参考设计,而且还支持早期的系统测试(例如,将HybridKIT包括在硬件在环(HiL)系统中时)或者初期样机阶段上车系统测试。

英飞凌的IGBT功率模块HybridPACK2(图3)及基于模块的HybridKIT ,能满足汽车特殊工况应用需求,包括热循环稳定性、功率循环稳定性等。在开发HybridPACK模块系列过程中,我们针对以下两个方面进行了重大改进:芯片表面接合线(bonding wire绑定线)的连接和基板与基片之间的焊点(IGBT 铜底板和)。因此,大多数水冷系统可以满足Hybridpack散热需求。HybridPACK2的设计以满足80kW驱动要求为目标。HybridPACK2中带有逆变器所需的全部功率半导体器件以及三个用于温度测量的NTC(负温度系数)电阻。该模块的设计最大工作结温为150°C,包含由第三代沟槽场终止IGBT(绝缘双极晶体管)和与之匹配的续流二极管构成的六单元结构。HybridPACK2的最大额定电流和电压分别为800A和650V,导通损耗和开关损耗在同类产品中最低。

  HybridKIT的第二个模块包括直流母线支撑电容B25655J4507K(Epcos制造),该电容器在电气和机械方面均经过匹配,可以实现紧凑设计和低杂散电感。经过调整和测试,确保该电容完全满足HybridPACK2的要求。

  对于需要较高功率或较高工作温度的应用,我们提供水冷部件。可以直接将该水冷部件用螺钉固定到IGBT模块上,中间添加一个一体化橡胶垫,起到适当的密封作用。所有设计参数均经过优化,以确保紧凑的外形、最佳的冷却效果和更长的使用寿命。

  模块采用了两个彼此独立的PCB,以便按照最先进的设计规则、规范和标准进行线路板设计,这两个PCB包括: IGBT驱动电路板和MCU控制电路板。六通道IGBT驱动板在电气和机械方面均经过优化,以满足HybridPACK2的要求。该驱动板具有如下主要功能:为IGBT驱动供电的隔离DC-DC电源,以确保六个不同的IGBT驱动器(1ED020I12-FA,英飞凌基于空芯无磁性变压器技术的驱动器)之间的电气隔离;带电气隔离的直流母线电压检测(作为保护/监测功能的输入);通过NTC元件进行的温度测量;用于短路保护的有源钳位二极管;每个IGBT驱动器单独配备独立的推挽输出功率放大电路,以提高电流驱动能力。

  逻辑电路板包括控制驱动板所需的所有元器件。此外,它还提供构成完整的逆变器系统所必需的所有其他元件之间的接口,包括:马达接口(编码器和旋转变压器)、电流传感器接口、通讯(CAN和RS232)以及附加的模拟和数字输入/输出接口。利用英飞凌板载微控制器(TC1767),可以通过软件轻松地实现各种保护和监测功能、驱动器控制以及对HybridPACK2性能的评估。这些功能的示例软件正在开发之中。

  用于HybridPACK2的HybridKIT既是一种参考设计,也是一种开发三相逆变器系统的绝佳工具。它不仅支持硬件测试和测量(即短路、温度等),而且支持软件开发。它包含了构成一个完整系统所必需的全部组件,并且提供与其他外接组件连接的接口(马达接口、电流测量和通讯接口)。随机提供的还有全套文档,包括部件清单、电路设计和布局数据等,使客户可以尽快开始(H)EV系统的开发。

关键字:igbt模块  三相  逆变器  系统

编辑:eeleader 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/gykz/2011/0408/article_5373.html
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