由Scienlab電子系統(tǒng)開發(fā)的一款新型牽引逆變器不僅設計緊湊、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動，電動車的發(fā)展趨勢最終贏得了市場的關注。除了轎車，電動車還包括市政服務使用的小型多功能車、電子叉車，建筑、農業(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、輕型且高性價比驅動的需求與日俱增。創(chuàng)新型逆變器設計為了滿足以上需求，電力電子設計專家Scienlab電子系統(tǒng)（位于德國Bochum）專門設計開發(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構均具有動態(tài)的輸出電流范圍，因而可實現動態(tài)的車輛性能。新型Scienlab牽引逆變器的設計具有四個主要的功能單元，即控制電路、驅動、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），其內置直流鏈路則采用該新型設計（圖1）的關鍵元件——創(chuàng)新型CeraLink電容器。模塊化設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動PCB，而且只需增加CeraLink電容器的數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。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?。?，同時優(yōu)化了控制器和驅動電路板的配置，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的總經理Christoph Doerlemann解釋。無需犧牲直流鏈路的任何性能，就能實現緊湊封裝?！斑@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)電容器設計，借助緊湊型CeraLink電容器的新型設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。消除ESR和ESLScienlab進一步的設計目標是消除直流鏈路的ESR和ESL。“借助CeraLink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。