基于HybridPACK 2 IGBT模块的HybridKIT三相逆变器系统解决方案

　　逆变器系统的开发步骤

　　用于HybridPACK2的HybridKIT的完整结构图如图1所示。HybridPACK2是一种典型的支持三相逆变器的6管IGBT产品。设计中需考虑的主要事项和挑战如下：

　　逆变器系统采用的直流母线支撑电容，提供功率模块和电池的解耦。薄膜电容器最适合这种应用。主要参数包括电容的工作电压、允许的纹波电压和有效值电流。为了降低整个系统的杂散电感，模块和电容在机械方面应相互匹配。

　　为了避免模块温度过热，超过模块制造商产品说明书中规定的最高允许温度，必须为模块中的功率损耗设计散热通道。因此，冷却系统的设计，对实现产品的最佳性能并确保产品的使用寿命具有重要意义。

　　为了在逆变器内部的电机控制板和IGBT驱动电路板上全面实现控制、监测、评估、安全和保护功能，需要在最开始系统设计阶段做好全面规划和设计，包括元器件的选择、方案设计以及PCB电路板+逆变器高压电路布线确定等。良好的布局能确保良好的电磁兼容性，并预留足够的的电气间隙和爬电距离。此外，还需进行软件的开发、测试和调试。

　　总而言之，逆变器系统是(H)EV的重要核心组成部分，必须花大力气构建该系统。

HybridKIT和HybridPACK2的部件和功能

　　HybridKIT(图2)充分考虑了上述设计挑战，是英飞凌为客户精心设计的一种系统解决方案，能够让客户轻松、快速地完成逆变器开发以及整个(H)EV的结构设计并集成到HEV中。由于HybridKIT能够让客户快速地对各种关键参数进行评估，它可帮助客户缩短产品的开发周期。HybridKIT不仅仅是一种参考设计，而且还支持早期的系统测试(例如，将HybridKIT包括在硬件在环(HiL)系统中时)或者初期样机阶段上车系统测试。 [p]

　　英飞凌的IGBT功率模块HybridPACK2(图3)及基于模块的HybridKIT ，能满足汽车特殊工况应用需求，包括热循环稳定性、功率循环稳定性等。在开发HybridPACK模块系列过程中，我们针对以下两个方面进行了重大改进：芯片表面接合线(bonding wire绑定线)的连接和基板与基片之间的焊点(IGBT 铜底板和)。因此，大多数水冷系统可以满足Hybridpack散热需求。HybridPACK2的设计以满足80kW驱动要求为目标。HybridPACK2中带有逆变器所需的全部功率半导体器件以及三个用于温度测量的NTC(负温度系数)电阻。该模块的设计最大工作结温为150°C，包含由第三代沟槽场终止IGBT(绝缘栅双极晶体管)和与之匹配的续流二极管构成的六单元结构。HybridPACK2的最大额定电流和电压分别为800A和650V，导通损耗和开关损耗在同类产品中最低。

　　HybridKIT的第二个模块包括直流母线支撑电容B25655J4507K(Epcos制造)，该电容器在电气和机械方面均经过匹配，可以实现紧凑设计和低杂散电感。经过调整和测试，确保该电容完全满足HybridPACK2的要求。

　　对于需要较高功率或较高工作温度的应用，我们提供水冷部件。可以直接将该水冷部件用螺钉固定到IGBT模块上，中间添加一个一体化橡胶垫，起到适当的密封作用。所有设计参数均经过优化，以确保紧凑的外形、最佳的冷却效果和更长的使用寿命。

　　模块采用了两个彼此独立的PCB，以便按照最先进的设计规则、规范和标准进行线路板设计，这两个PCB包括： IGBT驱动电路板和MCU控制电路板。六通道IGBT驱动板在电气和机械方面均经过优化，以满足HybridPACK2的要求。该驱动板具有如下主要功能：为IGBT驱动供电的隔离DC-DC电源，以确保六个不同的IGBT驱动器(1ED020I12-FA，英飞凌基于空芯无磁性变压器技术的驱动器)之间的电气隔离;带电气隔离的直流母线电压检测(作为保护/监测功能的输入);通过NTC元件进行的温度测量;用于短路保护的有源钳位二极管;每个IGBT驱动器单独配备独立的推挽输出功率放大电路，以提高电流驱动能力。

　　逻辑电路板包括控制驱动板所需的所有元器件。此外，它还提供构成完整的逆变器系统所必需的所有其他元件之间的接口，包括：马达接口(编码器和旋转变压器)、电流传感器接口、通讯(CAN和RS232)以及附加的模拟和数字输入/输出接口。利用英飞凌板载微控制器(TC1767)，可以通过软件轻松地实现各种保护和监测功能、驱动器控制以及对HybridPACK2性能的评估。这些功能的示例软件正在开发之中。

　　用于HybridPACK2的HybridKIT既是一种参考设计，也是一种开发三相逆变器系统的绝佳工具。它不仅支持硬件测试和测量(即短路、温度等)，而且支持软件开发。它包含了构成一个完整系统所必需的全部组件，并且提供与其他外接组件连接的接口(马达接口、电流测量和通讯接口)。随机提供的还有全套文档，包括部件清单、电路设计和布局数据等，使客户可以尽快开始(H)EV系统的开发。