开关器件的作用

    牵引逆变器通常由三个半桥元件组成，每个半桥元件由一对被称为高侧和低侧开关的 MOSFET 或 IGBT 组成。每个电机相有一个半桥，总共三个，栅极驱动器控制每个开关器件。

    图 1牵引逆变器概述突出显示了关键设计构建模块。安森美
    开关的主要作用是打开和关闭高压电池的直流电压和电流，为驱动车辆的电机提供交流驱动。由于 800 V 电池可提供超过 200 kW 的功率，因此该应用要求较高的电压、电流和工作温度。
    基于 400V 电池系统的牵引逆变器需要功率半导体器件的 V DS额定值在 650 V 至 750 V 范围内，而 800 V 解决方案将 V DS要求提高到 1,200 V。在典型应用中，这些功率组件还必须能够在长达 30 秒 (s) 的时间内处理超过 600 A 的峰值交流电流，并在大约 1 毫秒 (ms) 的时间内处理 1,600 A 的交流电流。
    此外，用于该设备的开关晶体管和栅极驱动器必须能够处理这些大负载，同时保持高牵引逆变器效率。
    IGBT 一直是牵引逆变器应用的器件，因为它们可以处理高电压、快速开关、实现高效运行并满足汽车行业具有挑战性的成本目标。
    为什么功率密度至关重要
    现代汽车极其狭窄，至少就技术空间而言是如此。这意味着功率密度是一个重要参数，尤其是对于动力系统中的任何东西。因此，必须化物理尺寸（和重量），因为任何重量都会减少车辆的行驶里程。

    除了组件的物理尺寸之外，尺寸的主要驱动因素是设计的效率。效率越高，产生的热量越少，逆变器就越紧凑。

    图 2开关 IGBT 对于产生热量的损耗量至关重要。安森美
    开关（无论是 IGBT 还是 MOSFET）对产生热量的损耗影响为显着。较低的导通电阻 (R DS(ON) ) 值可减少静态损耗，而栅极电荷 (Q g ) 的改善可减少动态或开关损耗，从而使系统能够更快地切换。如果开关速度更高，则可以大大减小磁性元件等无源元件的尺寸，从而提高功率密度。
    开关的工作温度也会影响功率密度，因为如果设备能够在更高的温度下工作，则需要更少的冷却，从而进一步减小设计的尺寸和重量。
    在许多牵引逆变器设计中，关键组件通常是单独和离散封装的，虽然这是一种完全有效的方法，但它不一定能提供紧凑或功率密度的设计。另一种方法是使用预配置的模块来形成牵引逆变器所需的半桥。
    电源模块提供高电流密度、强大的短路保护以及 800V 电池应用所需的更高阻断电压。在这里，IGBT 有助于集成电流和温度传感器，为过流和过温保护等保护功能提供更快的反应时间。