三電平逆變器已成為電動和混合動力推進系統的重要組成部分。這些逆變器比傳統的兩級設計更具優(yōu)勢，包括更低的諧波失真、更低的開關損耗和更高的系統效率。雖然三電平逆變器為電動汽車傳動系統帶來了諸多好處，但它們也帶來了與系統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，實現更快的充電時間和改善配電是現代電動傳動系統的關鍵考慮因素。這些系統有望在惡劣的環(huán)境條件下高效運行。因此，電力傳動系統的核心部件逆變器必須做出相應的調整。

　　逆變器在電力傳動系統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器件尤其表現出卓越的性能，與傳統IGBTs相比，靜態(tài)和開關損耗更低。這實現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生的較低諧波失真減少了電機中的鐵損，這是傳動系統效率的一個關鍵因素。電力傳動系統中的大多數損耗來自各種因素，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會導致損耗增加、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制等先進控制策略，同時優(yōu)化了開關頻率和調制指數。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:傳統的兩級拓撲和現代的三級拓撲，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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