功率模塊選得好，逆變器高效又可靠

全球正加速向電氣化轉(zhuǎn)型，尤其是在交通和基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域。無論是乘用車還是商用/農(nóng)業(yè)車輛(CAV)，都在轉(zhuǎn)向電動驅(qū)動。國際能源署(IEA)2022 年的數(shù)據(jù)顯示，太陽能發(fā)電量首次超過風(fēng)電，達到1300TWh。

轉(zhuǎn)換能量需要用到逆變器和轉(zhuǎn)換器。太陽能光伏(PV)板產(chǎn)生直流電，而電網(wǎng)中運行的是交流電。電動汽車(EV)的情況類似，其主驅(qū)電池系統(tǒng)提供直流電，而發(fā)動機中的主驅(qū)電機需要交流電。

在這兩種情況下，電力轉(zhuǎn)換過程的能效具有重要影響，因為任何能量損失都會轉(zhuǎn)化為熱量，這就需要風(fēng)扇或散熱器等散熱措施，進而會擴大整體解決方案的體積。在確保功率的前提下，減小尺寸和重量對于優(yōu)化空間利用至關(guān)重要?；?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/IGBT">IGBT的模塊廣泛用于電源轉(zhuǎn)換應(yīng)用，模塊的選擇將決定系統(tǒng)的整體性能。

尋找正確的拓撲

選擇更好地電路配置是實現(xiàn)高能效的關(guān)鍵。太陽能逆變器和電池儲能逆變器通常使用三電平有源中性點箝位(ANPC)轉(zhuǎn)換器。這種拓撲結(jié)構(gòu)經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計，可以提升系統(tǒng)的性能和能效。如圖1所示，三個半橋模塊可以連接成ANPC拓撲，該拓撲通常使用大功率IGBT開關(guān)來改善控制并減少損耗。這種拓撲結(jié)構(gòu)還可以降低各個器件上的電壓應(yīng)力，從而提高可靠性。

圖1：ANPC轉(zhuǎn)換器可利用模塊來輕松構(gòu)建

設(shè)計工程師可通過并聯(lián)多個安森美(onsemi)QDual 3 IGBT 模塊，創(chuàng)建能夠提供1.6至1.8 MW 功率輸出的高性能三電平ANPC轉(zhuǎn)換器。

安森美的新款高功率QDual3技術(shù)

在QDual 3 模塊中，開關(guān)所使用的底層技術(shù)對性能和能效有很大影響。該模塊基于新一代場截止7 (FS7) IGBT 技術(shù)，可以為太陽能逆變器、儲能和CAV等高功率應(yīng)用實現(xiàn)更高的性能水平。主要原因在于其關(guān)鍵參數(shù)VCE(SAT)較前代產(chǎn)品提升了0.4V。

FS7技術(shù)還使芯片尺寸較之前縮小了約30%。芯片功率密度的提升，再配合加寬導(dǎo)電路徑和改良電源端子設(shè)計等封裝改進，使QDual3能夠承載新一代IGBT功率模塊輸出的更高電流。

圖2：安森美的新型QDual3半橋IGBT模塊

與之前相同外形和尺寸的600A模塊相比，Qdual3方案的電流能力(800A)提高了33%。采用600A模塊時，總共需要36個模塊才能組合形成ANPC 1.725MW 逆變器。但Qdual3模塊的額定電流更高，達到800A，因此1.725MW逆變器僅需要27個模塊。減少9個模塊意味著尺寸和重量減小25%，系統(tǒng)控制成本也會隨之降低。

QDual3在商用和農(nóng)業(yè)車輛電機驅(qū)動中同樣廣受歡迎。整車能夠?qū)崿F(xiàn)更高的功率，且所需并聯(lián)模塊數(shù)量更少，能效更高。這些改進有助于增加車輛的續(xù)航能力，同時簡化系統(tǒng)設(shè)計。

圖3：電流能力更大意味著高功率系統(tǒng)所需的模塊更少

每個模塊都包含一個隔離底板，用于安裝和熱管理。模塊遵循行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)布局，配置了可焊接引腳，可以直接安裝到PCB上。這樣既有助于多源采購，也便于將產(chǎn)品改裝到現(xiàn)有設(shè)計中，從而享受新技術(shù)的優(yōu)勢。

圖4：超聲波焊接可降低溫度并增強可靠性

安森美深知可靠性不容忽視。因此所有QDual3模塊均經(jīng)過嚴格的可靠性測試，且測試標(biāo)準(zhǔn)遠超市場上同類器件。我們的濕度測試要求產(chǎn)品承受960V偏壓長達2000小時，而同類器件僅需承受80V偏壓1000小時。振動測試對于CAV應(yīng)用至為關(guān)鍵，我們的產(chǎn)品在10G RMS 條件下進行了長達22小時的測試，遠超其他產(chǎn)品的5G/1小時標(biāo)準(zhǔn)，可滿足AQG324要求。