為實現零排放的未來，汽車行業(yè)迫切需要重塑。汽車制造商必須加速推出差異化的電動車型。恩智浦攜手Wolfspeed，共同推出一款經過全面驗證的800V牽引逆變器參考設計，有效幫助電動汽車系統(tǒng)架構師克服諸多技術障礙。

功率逆變器模塊解析

為支持汽車合作伙伴并加速汽車電氣化進程，恩智浦與Wolfspeed聯(lián)合推出了一款經過全面驗證的800V牽引逆變器參考設計。該設計幫助電動汽車系統(tǒng)架構師有效克服多重挑戰(zhàn)，包括選擇合適的組件以提升系統(tǒng)效率、符合功能安全認證標準，以及確保長期可靠性。

電動汽車牽引逆變器參考設計是一個完整的系統(tǒng)解決方案，集成了基于Arm® Cortex®-M7的S32K39 MCU、電源管理符合功能安全的FS26系統(tǒng)基礎芯片，以及最新一代高壓隔離柵極驅動器GD3162。為完善該系統(tǒng)，設計中還包含Wolfspeed的1200V六組YM SiC功率模塊。

該參考設計專注于解決電動汽車的關鍵挑戰(zhàn)。深入了解800V牽引逆變器參考設計，掌握其所有細節(jié)。

基于恩智浦800V EV-INVERTERGEN3參考設計和Wolfspeed SiC功率模塊的完整ECU解決方案

該電動汽車牽引逆變器參考設計已在Wolfspeed慕尼黑實驗室，通過硬件在環(huán)(HIL)裝置進行了聯(lián)合測試。在800V電池的工作條件下，其峰值功率超過了300kw。

實驗室HIL設置的測試結果

高效設計：動態(tài)柵極強度可滿足不同的功率需求

實驗室模擬結果顯示，得益于恩智浦高壓柵極驅動器的專有功能，整體效率提升了約1%。該功能允許設計人員根據實時運行情況動態(tài)調整柵極驅動信號強度，從而在效率、開關速度和電磁兼容性之間實現平衡。根據全球統(tǒng)一輕型汽車測試程序(WLTP)的一些模型，與傳統(tǒng)電動汽車解決方案相比，該設計有望將續(xù)航里程增加約14英里。

能效提升結果

設計時考慮功能安全：超越設備資料，系統(tǒng)功能安全資料

在功能安全(FuSA)方面，合規(guī)組件的設計始終以高質量和高可靠性為優(yōu)先原則。安全性貫穿于設計、制造、文檔編制以及技術支持的每一個環(huán)節(jié)。在電動汽車牽引逆變器參考設計中，采用了符合高風險等級ASIL D的關鍵組件，包括恩智浦的S32K396 MCU、FS2633系統(tǒng)基礎芯片及GD3162高壓柵極驅動器。為進一步簡化客戶集成流程，設計還提供了一些FuSa文檔，例如系統(tǒng)安全概念，詳細闡釋了從假設安全目標到硬件和軟件級別的安全要求。

打造可靠且長久耐用的卓越設計

800V牽引逆變器的實現需要碳化硅解決方案。相比傳統(tǒng)的硅IGBT，SiC材料本質上更加可靠且耐用。Wolfspeed敏銳地抓住機會，將先進的封裝技術融入其車規(guī)級YM封裝中，從而進一步提升系統(tǒng)的耐用性。

1200V六組YM SiC功率模塊 采用直接冷卻的銅針翅基板設計，通過將針翅直接浸入冷卻劑中，不僅簡化了系統(tǒng)組裝，還顯著提升了熱性能。此外，模塊使用氮化硅基板，這種堅固的陶瓷材料具備卓越的抗熱沖擊性和耐磨性，有效地將芯片產生的熱量快速散發(fā)，從而降低系統(tǒng)工作溫度。另一個創(chuàng)新的封裝特點是燒結芯片粘接技術。這種先進的芯片粘接方法在芯片與氮化硅基板之間建立了牢固的結合，從而確保出色的導熱性和機械耐久性，支持更高的功率輸出并提供優(yōu)異的熱循環(huán)性能。直接冷卻銅針翅技術與燒結芯片粘接技術共同提高了熱性能和系統(tǒng)使用壽命。

YM模塊通過銅頂側夾代替?zhèn)鹘y(tǒng)的焊線，大幅提升了模塊的載流能力與功率循環(huán)壽命。同時，其優(yōu)化的端子布局有效降低了封裝電感，減少電壓過沖，實現了超低開關損耗。為降低潛在的機械故障風險，車規(guī)級YM模塊采用硬質環(huán)氧樹脂封裝。與凝膠基封裝相比，環(huán)氧樹脂模塑料不僅提供了卓越的防潮性能，還具備更強的結構完整性。通過將燒結芯片粘接、銅夾和環(huán)氧樹脂模塑料相結合，與同類競爭產品相比，模塊使用壽命得以延長至3倍。

Wolfspeed的六組YM-SiC功率模塊

這些先進的封裝技術為AQG324認證的YM3功率模塊提供了保障，能夠有效應對在嚴苛汽車環(huán)境中運行的挑戰(zhàn)。這一設計確保了性能的一致性，還賦予了模塊卓越的耐用性。

恩智浦的產品

恩智浦攜手Wolfspeed打造的800V牽引逆變器參考設計，標志著汽車行業(yè)向電動化邁出的重要一步。該參考設計解決了電動汽車設計人員面臨的關鍵挑戰(zhàn)，包括提升能效、功能安全和長期可靠性，確保電動汽車的性能可與燃油車相媲美甚至超越燃油車。憑借動態(tài)柵極強度調節(jié)技術和先進的碳化硅功率模塊，這款參考設計成為電動汽車設計人員的重要工具，助力打造高質量、高能效、安全的電動車型，同時確保其在整個生命周期內保持卓越的性能表現。

作者：

Vincent Lagardelle

恩智浦半導體電氣化系統(tǒng)市場經理

Vincent Lagardelle現任恩智浦汽車電氣化系統(tǒng)市場營銷經理，覆蓋從電動汽車牽引逆變器系統(tǒng)到電動汽車架構的廣泛領域。他在汽車半導體行業(yè)擁有超過20年的豐富經驗，曾擔任過產品工程、技術營銷以及業(yè)務拓展等多個職務。他畢業(yè)于圖盧茲INSA電子工程專業(yè)，并在圖盧茲商學院獲得戰(zhàn)略管理MBA學位。