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中科君芯IGBT应用——电动汽车
      为了有效达到节能和环保的目的,汽车技术发展正朝车辆节能化、能源多元化、动力电气化、排放洁净化等方向积极推进,发展节能汽车、代用燃料汽车与电动汽车。2009年国家正式公布了《汽车产业调整和振兴规划》,规划新能源汽车发展的短期目标为电动汽车产销形成规模。同时,以电动汽车为首的新能源汽车也成为“十二五”期间的重点扶持对象。在此背景下,新能源汽车,尤其是电动汽车成为国内乃至世界各汽车企业的研发重点,很多企业已向市场推出商业化的电动汽车。
      电动汽车中需要用到大量的绝缘栅双极晶体管(IGBT),IGBT是电动汽车中的核心器件之一,是动力系统的重要组成部分。汽车上工作条件的严酷性和复杂性给传统的IGBT模块技术带来了极大的挑战。
1、电动汽车中IGBT的工作原理。
    本文所指的电动车包括混合动力(HEV)和纯电动汽车(EV)。以HEV为例,其主要电气系统如图1所示。IGBT主要应用于以下两个子系统中:
1) 电动控制系统:大功率直流/交流(DC/AC)逆变后驱动汽车电机;
2) 车载空调控制系统:小功率直流/交流(DC/AC)逆变,使用电流较小的IGBT和FRD。

 2、电动控制系统的IGBT需要处理的电流大,可靠性要求高。
  电动控制系统的原理如图2所示,主要是通过脉冲宽度调制(PWM)的方式控制IGBT开关,将电流从DC转换到AC(电池到电机,驱动电机)或者从AC转化到DC(电机到电池,刹车、下坡时能量回收)。
  对于HEV和比亚迪双模(DM)车型来说,除驱动电机外,另外还有一个发电机(如图3所示),可以由汽车的发动机带动其发电,然后通过IGBT模块AC/DC转换后向电池充电。在DM车型中,该发电机还可以充当驱动电机的作用。



  3、电动汽车中IGBT模块的参数及可靠性要求。
电动车中的电池电压较高,一般在200V以上,电机功率也较大,要求IGBT的额定电压在600V~1200V,额定电流300A以上。 
   1) 由于采用多个IGBT芯片并联,需要IGBT的VCEsat具有正温度系数;
  2) 在电机驱动电路里,IGBT的开关频率不是太高,一般在20KHz以内。另外由于工作电流较大,系统复杂,需要选择饱和电压(VCEsat)低,关断特性较“软”的IGBT;
  3) 在实际工作中,IGBT存在负载短路的风险,因此要求IGBT有较好的短路耐量;
  4) 考虑到汽车车仓里温度较高,IGBT的最高可工作结温Tj不能低于150℃;
  5) RBSOA要大,具有一定的雪崩耐量;
  6) 耐大电流冲击能力强,散热好;
  7) 需要极低的EMI,避免干扰驱动控制电路和其他外电路。
电动汽车中IGBT模块占整车成本近10%。IGBT模块在电动汽车中发挥着至关重要的作用,是电动汽车的核心技术之一。电动汽车的特殊需求,对IGBT模块技术提出了更高的要求。电动汽车产业的发展,为IGBT模块件提供了机遇和挑战。只有解决好这些问题,才能更好的促进电动汽车的商业化进展。

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