《新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)與控制技術(shù)》第四章【1】功率電路

1、4.1 功率電路 功率電路主要包括功率模塊、電容器、功率母排和散熱系統(tǒng)等幾個(gè)部分，這幾個(gè)部件的性能和可靠性直接決定著汽車的整體性能。4.1,1 功率模塊應(yīng)用技術(shù) 新能源汽車在運(yùn)行過程中的高溫、振動(dòng)等因素使得對(duì)功率模塊的性能提出了更高的要求。IGBT以其輸入阻抗高、開關(guān)速度快、通態(tài)電壓低、阻斷電壓高、可承受電流大等特點(diǎn)，已成為功率變換器設(shè)計(jì)的主流器件。在一些低壓大電流的場(chǎng)合，功率MOSFET也有著廣泛的應(yīng)用。4.1,1 功率模塊應(yīng)用技術(shù)新能源汽車用功率模塊有如下特點(diǎn)： （1）寬溫度特性 （2）復(fù)雜的運(yùn)行工況 （3）高可靠性要求（1）額定電壓和額定電流（2）開關(guān)頻率和開關(guān)損耗（3）動(dòng)態(tài)特性和器件保

2、護(hù)（4）成本選擇功率模塊主要從以下幾個(gè)方面考慮：4.1,2 電容器應(yīng)用技術(shù) 濾波電容是功率變換裝置功率回路的一個(gè)極為重要的元件，整流電源中運(yùn)用濾波電容作為整流環(huán)節(jié)，車載功率變換器多采用濾波電容作為濾波和儲(chǔ)能環(huán)節(jié)，因而濾波電容容量的選擇直接影響著整機(jī)的性能。1、 電解電容器 早期的的濾波電容通常采用電解電容。由于電解電容等效電感和等效電阻的存在，使得電解電容工作于高頻狀態(tài)的等效容量迅速下降，嚴(yán)重時(shí)將影響功率變換器的性能。同時(shí)，高頻下電解電容的紋波電流在等效電阻的作用下的發(fā)熱以及對(duì)電解電容壽命的影響變得不容忽視。對(duì)于電解電容的選擇，主要考慮紋波電流的的等級(jí)、發(fā)熱量和使用壽命這幾個(gè)方面。（1）紋波電

3、流對(duì)電解電容發(fā)熱量的影響（2）紋波電流對(duì)電解電容壽命的影響（3）根據(jù)紋波電流限制計(jì)算電解電容的容量2、 薄膜電容器 進(jìn)一步降低功率變換器的體積和重量，適應(yīng)寬電壓范圍，、大功率因公的要求，需要一個(gè)緊湊、低損耗、性價(jià)比高的DC-Link電容器，電容器電壓可高達(dá)1000V DC，容量值可達(dá)3000。 薄膜電容器的額定電壓可以達(dá)到1000V DC以上，環(huán)境溫度達(dá)到105125，并且最大化了體積填充系數(shù)，比較適用上述工況的應(yīng)用。典型的用薄膜電容器代替電解電容器的例子就是豐田的普銳斯混合動(dòng)力系統(tǒng)。Prius I使用的濾波電容為電解電容，Prius II就開始使用薄膜電容器。 薄膜電容器專有技術(shù)： （1）超

4、薄金屬化薄膜蒸鍍技術(shù) （2）安全膜技術(shù) 薄膜電容器專有技術(shù)： （3）波浪邊分切技術(shù) 薄膜電容器的性能特點(diǎn)： （1）良好的溫度特性 （2）可承受反向電壓 （3）抗脈沖電壓能力強(qiáng) （4）干式設(shè)計(jì) （5） 低ESR，通過耐紋波電流能力強(qiáng) （6）低ESL （7）使用壽命長(zhǎng) 小結(jié)： 薄膜電容器采用新的制作工藝和金屬化薄膜技術(shù)，增加了傳統(tǒng)薄膜電容器的能量密度，使電容器的體積大幅度減小。同時(shí)，通過將電容器的芯子和接線母排整合的方式來滿足靈活的車輛安裝尺寸要求，使得整個(gè)功率變換器模塊更加緊湊，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)電路，使電路的性能更好。在高電壓、大電流、有過電壓、有方向電壓、長(zhǎng)壽命等要求的電路設(shè)計(jì)中，薄膜電容器的應(yīng)用已

5、經(jīng)成為一種趨勢(shì)。4,1,3 功率母排技術(shù) 為了減小連接導(dǎo)線寄生電感，功率變換器中濾波電容器與功率模塊常采用功率母線作為連接部件。功率母線可以采用銅排和極板兩種形式，銅排具有較大的漏電感和較強(qiáng)的內(nèi)應(yīng)力；傳統(tǒng)的極板直接通過螺栓與功率率模塊相互連接，這種連接方式在小功率變頻系統(tǒng)中得到了很好的應(yīng)用，但在中大功率場(chǎng)合，傳統(tǒng)的極板容易出現(xiàn)與相反極性的模塊端相碰撞的電氣安全問題，以及因螺栓與功率模塊的連接間隙導(dǎo)致的電流分配不均和連接處局部發(fā)熱問題。4,1,3 功率母排技術(shù) 為了解決傳統(tǒng)功率母線的上述問題，結(jié)合功率部件的優(yōu)化布置，采用了功率母排（復(fù)合母排）技術(shù)。這種功率母排具有電氣安全性高、電磁輻射小、傳導(dǎo)發(fā)

6、熱小、集成度高等優(yōu)點(diǎn)。功率母排的結(jié)構(gòu) 復(fù)合母排由五層板組成，從功率模塊上端開始五層板依次為：上層絕緣板、正極板、中間層絕緣板、負(fù)極板和底層絕緣板，在兩極板交界面可設(shè)置絕緣墊圈。復(fù)合母排技術(shù)的一大特點(diǎn)是：通過中間層絕緣板的形式設(shè)計(jì)，對(duì)各極板邊緣可以很好地進(jìn)行電氣隔離，避免了因高壓而造成空氣擊穿的可能性。功率母排的選擇依據(jù) （1）復(fù)合母排寄生電感 （2）復(fù)合母排伴生電容 （3）復(fù)合母排空間電磁干擾分析4.1.3 電力電子模塊集成技術(shù) 電力電子模塊集成技術(shù)是將功率電路中的功率模塊、驅(qū)動(dòng)電路、控制電路和保護(hù)電路封裝在一個(gè)集成模塊內(nèi)部，成為一個(gè)功能相對(duì)完整的、具有一定通用性的元件。集成形式有以下幾種： 單片集成 混合