三電平逆變器已成為電動和混合動力推進系統(tǒng)的重要組成部分。這些逆變器比傳統(tǒng)的兩級設計更具優(yōu)勢，包括更低的諧波失真、更低的開關損耗和更高的系統(tǒng)效率。雖然三電平逆變器為電動汽車傳動系統(tǒng)帶來了諸多好處，但它們也帶來了與系統(tǒng)成本和復雜性相關的挑戰(zhàn)。

　　汽車應用的三電平逆變器方案

　　因此，利用兩級和三級拓撲優(yōu)勢的平衡方法至關重要。將重點介紹這種混合方法帶來的好處，體現(xiàn)在單個電源模塊(eMPack)中，能夠在提高效率的同時控制成本和復雜性。

　　隨著汽車推進系統(tǒng)不斷發(fā)展，以滿足對效率、環(huán)境保護和符合監(jiān)管標準的日益增長的需求，電動傳動系統(tǒng)已成為創(chuàng)新的焦點。乘用車、商用車或卡車的電力傳動系統(tǒng)必須提高能效，以最大限度地利用電池，延長行駛里程和電池壽命。

　　此外，實現(xiàn)更快的充電時間和改善配電是現(xiàn)代電動傳動系統(tǒng)的關鍵考慮因素。這些系統(tǒng)有望在惡劣的環(huán)境條件下高效運行。因此，電力傳動系統(tǒng)的核心部件逆變器必須做出相應的調(diào)整。

　　逆變器在電力傳動系統(tǒng)中起著舉足輕重的作用，多年來從硅發(fā)展到碳化硅功率半導體。SiC MOSFET器件尤其表現(xiàn)出卓越的性能，與傳統(tǒng)IGBTs相比，靜態(tài)和開關損耗更低。這實現(xiàn)了更高的效率和功率密度，以及改進的電機控制和降低的能量損耗，使基于SiC的逆變器成為高端電動汽車和混合動力汽車的首選。

　　電動機的效率

　　三電平逆變器在汽車應用中越來越受歡迎，因為它們能夠進一步提高電機效率并擴大車輛行駛里程。三電平開關拓撲結構產(chǎn)生的較低諧波失真減少了電機中的鐵損，這是傳動系統(tǒng)效率的一個關鍵因素。電力傳動系統(tǒng)中的大多數(shù)損耗來自各種因素，如機械損耗、銅芯損耗和鐵芯損耗，總諧波失真(THD)對總能量浪費有很大影響。

　　滯后損失

　　磁滯損耗是由交流電流經(jīng)電機繞組時鐵芯的反復磁化和退磁引起的。這個過程導致能量以熱的形式耗散。磁滯損耗與電流的頻率和最大磁通密度成正比，減輕磁滯損耗是提高電機效率的關鍵。

　　渦流損耗

　　由于變化的磁場，在鐵芯內(nèi)感應出渦流。這些電流導致電阻發(fā)熱，進一步降低了電機的效率。用絕緣材料層壓鐵芯有助于最小化這些損耗，使其成為提高電機性能的必要步驟。

　　帶螺紋的(threaded的簡寫)THD衡量波形與其理想正弦形狀的偏差，主要是由于諧波的存在。在電動機中，THD會導致?lián)p耗增加、效率降低和電磁干擾。為了降低THD，使用了預測控制或空間矢量脈寬調(diào)制等先進控制策略，同時優(yōu)化了開關頻率和調(diào)制指數(shù)。降低THD是三電平逆變器的主要優(yōu)勢之一，因為它們可以限制諧波失真，從而提高電力傳動系統(tǒng)的整體效率。

　　eMPack三電平功率模塊的設計

　　專門為汽車應用開發(fā)了eMPack功率模塊，采用了先進的三電平逆變器技術。這種先進的模塊提供兩種變體:傳統(tǒng)的兩級拓撲和現(xiàn)代的三級拓撲，兩者共享相同的物理外形。三電平拓撲稱為T型中性點箝位(TNPC)，每個半橋使用四個開關，而兩電平設計中只有兩個開關。

　　這種配置允許降低開關損耗和提高功率效率。與NPC相比，TNPC的一個主要優(yōu)勢是它不需要額外的二極管，因此可以騰出空間在同一個模塊中集成更多的半導體芯片。的使用碳化硅MOSFETs這種拓撲確保了更高的效率和可靠性。

　　eMPack模塊還采用了創(chuàng)新的封裝技術，如flex-foil技術(圖1)，取代了傳統(tǒng)的引線鍵合方法。柔性箔能夠更好地傳送電流，并增強模塊的機械和熱耐久性。此外，在熱堆疊中使用直接壓制芯片(DPD)技術減少了熱界面材料的厚度，從而提高了熱效率。

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