由Scienlab電子系統(tǒng)開發(fā)的一款新型牽引逆變器不僅設(shè)計緊湊,、輕型，且電力密度高,，可靈活適應多種需求，非常適用于不斷增長的各種電動車,。通過在直流鏈路中使用的CeraLink? 電容器，可以開發(fā)出新型逆變器,。隨著越來越多的車輛配備了具有能效和零排放驅(qū)動，電動車的發(fā)展趨勢最終贏得了市場的關(guān)注,。除了轎車,，電動車還包括市政服務(wù)使用的小型多功能車,、電子叉車,，建筑,、農(nóng)業(yè)及工業(yè)用卡車以及自動化工廠車間的車輛等。因此,，對于應用于這些車輛中的緊湊、輕型且高性價比驅(qū)動的需求與日俱增,。創(chuàng)新型逆變器設(shè)計為了滿足以上需求，電力電子設(shè)計專家Scienlab電子系統(tǒng)（位于德國Bochum）專門設(shè)計開發(fā)了一款緊湊型逆變器 （2 dm3）,。該逆變器的額定功率為40 kW,，可支持290 V DC至420 V DC的工作電壓,，適合上述各種應用。該逆變器的硬件和軟件結(jié)構(gòu)均具有動態(tài)的輸出電流范圍,，因而可實現(xiàn)動態(tài)的車輛性能。新型Scienlab牽引逆變器的設(shè)計具有四個主要的功能單元,，即控制電路、驅(qū)動,、電力電子元件，以及堅固耐用的外殼和接口,。該逆變器具有一個IGBT模塊，可完全控制三相橋接電路 （B6C）,，其內(nèi)置直流鏈路則采用該新型設(shè)計（圖1）的關(guān)鍵元件——創(chuàng)新型CeraLink電容器,。模塊化設(shè)計使得該逆變器可靈活適應用戶特殊的電流和功率需求,。比如，高功率IGBT模塊只需稍做改變就可用于驅(qū)動PCB,，而且只需增加CeraLink電容器的數(shù)量即可輕松擴展自含直流鏈路電路板,，并且無需對控制電路做任何改變,。此外,，用于汽車應用、置于控制器內(nèi)部的逆變器軟件由工具鏈創(chuàng)建,，其自適應開發(fā)過程能適應用戶的特殊軟件需求，無需修改軟件架構(gòu),。圖1：采用CeraLink電容器的Scienlab逆變器的框圖
在直流鏈路中擁有36個CeraLink電容器并連。
逆變器的要求為了使逆變器適用于汽車電動應用,，該新型設(shè)計必須只能使用汽車級元件。此外,，還必須提供極高的電力密度,，從而確保緊湊,、輕型。為了滿足以上需求,，Scienlab采用了一種水冷IGBT（電力半導體芯片表面積小）,，同時優(yōu)化了控制器和驅(qū)動電路板的配置，以節(jié)省空間,。不過，Scienlab將重點放在逆變器最大組成部分——直流鏈路的容積和性能,。借助CeraLink電容器實現(xiàn)直流鏈路的緊湊性和靈活性對于直流鏈路，Scienlab選擇了TDK集團的CeraLink電容器,，該電容器具有高達5.5μF/cm3 （圖2）的很高電容密度,?！芭c其他電容器技術(shù)相比，CeraLink提供了電容密度和紋波電流能力的最佳組合,，” Scienlab的總經(jīng)理Christoph Doerlemann解釋。無需犧牲直流鏈路的任何性能,，就能實現(xiàn)緊湊封裝,。“這正是我們的牽引逆變器與其他逆變器的區(qū)別所在”,，他說道。圖2：單位電容器容積的電容密度和紋波電流能力
對于需要高電容密度和高紋波電流能力的應用,，CeraLink電容器技術(shù)是不二之選。
不同于傳統(tǒng)陶瓷電容器,，這些新型電容器基于陶瓷材料PLZT（鋯鈦酸鉛鑭），其電容值在應用電壓時達到最大,，甚至隨紋波電壓的占比成比例增加,。相比于傳統(tǒng)電容器設(shè)計,，借助緊湊型CeraLink電容器的新型設(shè)計可使直流鏈路的體積縮小3到4倍。該系列電容器采用專業(yè)設(shè)計,，工作溫度范圍為-40至+125 °C,，甚至能耐受短暫的高達150 °C的高溫條件,。使用多個分立電容器不僅能提高元件布局的靈活性，還能使電容器的表面積和散熱達到最大,。因此，即便環(huán)境溫度很高,，也能使用無源制冷技術(shù),。消除ESR和ESLScienlab進一步的設(shè)計目標是消除直流鏈路的ESR和ESL?！敖柚鶦eraLink僅為2.5 nH的極低ESL，可顯著降低IGBT切換過程中的過沖和-電流,，從而顯著提升逆變器的系統(tǒng)性能,，”Doerlemann指出,。此外，Scienlab把電容器并聯(lián)在專門開發(fā)的多層PCB上,，這樣內(nèi)阻也很低,。頻率為1 MHz時ESR值僅為3 m?，有助于顯著降低直流鏈路的功率損失以及由此產(chǎn)生的熱,。事實上,，隨著頻率增加和溫度升高，ESR降低,，從而允許溫度高達150°C和高切換頻率時的高效操作,。