逆變器系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)步驟

　　用于HybridPACK2的HybridKIT的完整結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。HybridPACK2是一種典型的支持三相逆變器的6管IGBT產(chǎn)品。設(shè)計(jì)中需考慮的主要事項(xiàng)和挑戰(zhàn)如下：

　　逆變器（inverter）是把直流電能（電池、蓄電瓶）轉(zhuǎn)變成交流電（一般為220v50HZ正弦或方波）。應(yīng)急電源，一般是把直流電瓶逆變成220V交流的。通俗的講，逆變器是一種將直流電（DC）轉(zhuǎn)化為交流電（AC）的裝置。它由逆變橋、控制邏輯和濾波電路組成。廣泛適用于空調(diào)、家庭影院、電動(dòng)砂輪、電動(dòng)工具、縫紉機(jī)、DVD、VCD、電腦、電視、洗衣機(jī)、抽油煙機(jī)、冰箱，錄像機(jī)、按摩器、風(fēng)扇、照明等 .逆變器就是一種將低壓（12或24伏或48伏）直流電轉(zhuǎn)變?yōu)?20伏交流電的電子設(shè)備。因?yàn)槲覀兺ǔＪ菍?20伏交流電整流變成直流電來(lái)使用，而逆變器的作用與此相反，因此而得名。我們處在一個(gè)"移動(dòng)"的時(shí)代，移動(dòng)辦公，移動(dòng)通訊，移動(dòng)休閑和娛樂(lè)。在移動(dòng)的狀態(tài)中，人們不但需要由電池或電瓶供給的低壓直流電，同時(shí)更需要我們?cè)谌粘－h(huán)境中不可或缺的220伏交流電，逆變器就可以滿足我們的這種需求。

　　逆變器系統(tǒng)采用的直流母線支撐電容，提供功率模塊和電池的解耦。薄膜電容器適合這種應(yīng)用。主要參數(shù)包括電容的工作電壓、允許的紋波電壓和有效值電流。為了降低整個(gè)系統(tǒng)的雜散電感，模塊和電容在機(jī)械方面應(yīng)相互匹配。

　　為了避免模塊溫度過(guò)熱，超過(guò)模塊制造商產(chǎn)品說(shuō)明書中規(guī)定的允許溫度，必須為模塊中的功率損耗設(shè)計(jì)散熱通道。因此，冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，對(duì)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的性能并確保產(chǎn)品的使用壽命具有重要意義。

　　為了在逆變器內(nèi)部的電機(jī)控制板和IGBT驅(qū)動(dòng)電路板上全面實(shí)現(xiàn)控制、監(jiān)測(cè)、評(píng)估、安全和保護(hù)功能，需要在開(kāi)始系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段做好全面規(guī)劃和設(shè)計(jì)，包括元器件的選擇、方案設(shè)計(jì)以及PCB電路板+逆變器高壓電路布線確定等。良好的布局能確保良好的電磁兼容性，并預(yù)留足夠的的電氣間隙和爬電距離。此外，還需進(jìn)行軟件的開(kāi)發(fā)、測(cè)試和調(diào)試。

　　總而言之，逆變器系統(tǒng)是（H）EV的重要組成部分，必須花大力氣構(gòu)建該系統(tǒng)。

　　HybridKIT和HybridPACK2的部件和功能

　　HybridKIT（圖2）充分考慮了上述設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，是英飛凌為客戶精心設(shè)計(jì)的一種系統(tǒng)解決方案，能夠讓客戶輕松、快速地完成逆變器開(kāi)發(fā)以及整個(gè)（H）EV的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并集成到HEV中。由于HybridKIT能夠讓客戶快速地對(duì)各種關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行評(píng)估，它可幫助客戶縮短產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期。HybridKIT不僅僅是一種參考設(shè)計(jì)，而且還支持早期的系統(tǒng)測(cè)試（例如，將HybridKIT包括在硬件在環(huán)（HiL）系統(tǒng)中時(shí)）或者初期樣機(jī)階段上車系統(tǒng)測(cè)試。

　　英飛凌的IGBT功率模塊HybridPACK2（圖3）及基于模塊的HybridKIT ,能滿足汽車特殊工況應(yīng)用需求，包括熱循環(huán)穩(wěn)定性、功率循環(huán)穩(wěn)定性等。在開(kāi)發(fā)HybridPACK模塊系列過(guò)程中，我們針對(duì)以下兩個(gè)方面進(jìn)行了重大改進(jìn)：芯片表面接合線（bonding wire綁定線）的連接和基板與基片之間的焊點(diǎn)（IGBT 銅底板和）。因此，大多數(shù)水冷系統(tǒng)可以滿足Hybridpack散熱需求。HybridPACK2的設(shè)計(jì)以滿足80kW驅(qū)動(dòng)要求為目標(biāo)。HybridPACK2中帶有逆變器所需的全部功率半導(dǎo)體器件以及三個(gè)用于溫度測(cè)量的NTC（負(fù)溫度系數(shù)）電阻。該模塊的設(shè)計(jì)工作結(jié)溫為150°C,包含由第三代溝槽場(chǎng)終止IGBT（絕緣柵雙極晶體管）和與之匹配的續(xù)流二極管構(gòu)成的六單元結(jié)構(gòu)。HybridPACK2的額定電流和電壓分別為800A和650V,導(dǎo)通損耗和開(kāi)關(guān)損耗在同類產(chǎn)品中。

　　HybridKIT的第二個(gè)模塊包括直流母線支撐電容B25655J4507K（Epcos制造），該電容器在電氣和機(jī)械方面均經(jīng)過(guò)匹配，可以實(shí)現(xiàn)緊湊設(shè)計(jì)和低雜散電感。經(jīng)過(guò)調(diào)整和測(cè)試，確保該電容完全滿足HybridPACK2的要求。

　　對(duì)于需要較高功率或較高工作溫度的應(yīng)用，我們提供水冷部件?？梢灾苯訉⒃撍洳考寐葆敼潭ǖ絀GBT模塊上，中間添加一個(gè)一體化橡膠墊，起到適當(dāng)?shù)拿芊庾饔?。所有設(shè)計(jì)參數(shù)均經(jīng)過(guò)優(yōu)化，以確保緊湊的外形、的冷卻效果和更長(zhǎng)的使用壽命。

　　PCB（PrintedCircuitBoard），中文名稱為印制電路板，又稱印刷電路板、印刷線路板，是重要的電子部件，是電子元器件的支撐體，是電子元器件電氣連接的提供者。由于它是采用電子印刷術(shù)制作的，故被稱為"印刷"電路板。不管是單面板、雙面板、多層板的設(shè)計(jì)，之前都是用protel 設(shè)計(jì)出來(lái)的，現(xiàn)在有用PADS、Allegro等設(shè)計(jì)。印制電路板的設(shè)計(jì)是以電路原理圖為根據(jù)，實(shí)現(xiàn)電路設(shè)計(jì)者所需要的功能。印刷電路板的設(shè)計(jì)主要指版圖設(shè)計(jì)，需要考慮外部連接的布局、內(nèi)部電子元件的優(yōu)化布局、金屬連線和通孔的優(yōu)化布局、電磁保護(hù)、熱耗散等各種因素。的版圖設(shè)計(jì)可以節(jié)約生產(chǎn)成本，達(dá)到良好的電路性能和散熱性能。簡(jiǎn)單的版圖設(shè)計(jì)可以用手工實(shí)現(xiàn)，復(fù)雜的版圖設(shè)計(jì)需要借助計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）實(shí)現(xiàn)。

　　模塊采用了兩個(gè)彼此獨(dú)立的PCB,以便按照的設(shè)計(jì)規(guī)則、規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行線路板設(shè)計(jì)，這兩個(gè)PCB包括： IGBT驅(qū)動(dòng)電路板和MCU控制電路板。六通道IGBT驅(qū)動(dòng)板在電氣和機(jī)械方面均經(jīng)過(guò)優(yōu)化，以滿足HybridPACK2的要求。該驅(qū)動(dòng)板具有如下主要功能：為IGBT驅(qū)動(dòng)供電的隔離DC-DC電源，以確保六個(gè)不同的IGBT驅(qū)動(dòng)器（1ED020I12-FA,英飛凌基于空芯無(wú)磁性變壓器技術(shù)的驅(qū)動(dòng)器）之間的電氣隔離；帶電氣隔離的直流母線電壓檢測(cè)（作為保護(hù)/監(jiān)測(cè)功能的輸入）；通過(guò)NTC元件進(jìn)行的溫度測(cè)量；用于短路保護(hù)的有源鉗位二極管；每個(gè)IGBT驅(qū)動(dòng)器單獨(dú)配備獨(dú)立的推挽輸出功率放大電路，以提高電流驅(qū)動(dòng)能力。

　　邏輯電路板包括控制驅(qū)動(dòng)板所需的所有元器件。此外，它還提供構(gòu)成完整的逆變器系統(tǒng)所必需的所有其他元件之間的接口，包括：馬達(dá)接口（編碼器和旋轉(zhuǎn)變壓器）、電流傳感器接口、通訊（CAN和RS232）以及附加的模擬和數(shù)字輸入/輸出接口。利用英飛凌板載微控制器（TC1767），可以通過(guò)軟件輕松地實(shí)現(xiàn)各種保護(hù)和監(jiān)測(cè)功能、驅(qū)動(dòng)器控制以及對(duì)HybridPACK2性能的評(píng)估。這些功能的示例軟件正在開(kāi)發(fā)之中。

　　用于HybridPACK2的HybridKIT既是一種參考設(shè)計(jì)，也是一種開(kāi)發(fā)三相逆變器系統(tǒng)的工具。它不僅支持硬件測(cè)試和測(cè)量（即短路、溫度等），而且支持軟件開(kāi)發(fā)。它包含了構(gòu)成一個(gè)完整系統(tǒng)所必需的全部組件，并且提供與其他外接組件連接的接口（馬達(dá)接口、電流測(cè)量和通訊接口）。隨機(jī)提供的還有全套文檔，包括部件清單、電路設(shè)計(jì)和布局?jǐn)?shù)據(jù)等，使客戶可以盡快開(kāi)始（H）EV系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。