【導讀】Wolfspeed與恩智浦（NXP）聯(lián)合推出業(yè)界首款經(jīng)過全面驗證的800V牽引逆變器參考設計，為電動汽車行業(yè)注入關鍵技術動能。面對汽車行業(yè)加速向零排放轉型的需求，該設計通過集成動態(tài)柵極強度調(diào)節(jié)技術與碳化硅（SiC）功率模塊，直擊效率提升、功能安全及長期可靠性三大核心痛點，助力車企快速開發(fā)出性能媲美甚至超越燃油車的差異化電動車型。
下一代 800 V 電動汽車牽引逆變器參考設計：提高電動汽車的性能耐久性和續(xù)航里程
Wolfspeed與恩智浦（NXP）聯(lián)合推出業(yè)界首款經(jīng)過全面驗證的800V牽引逆變器參考設計，為電動汽車行業(yè)注入關鍵技術動能。面對汽車行業(yè)加速向零排放轉型的需求，該設計通過集成動態(tài)柵極強度調(diào)節(jié)技術與碳化硅（SiC）功率模塊，直擊效率提升、功能安全及長期可靠性三大核心痛點，助力車企快速開發(fā)出性能媲美甚至超越燃油車的差異化電動車型。
圖 1：功率逆變器模塊解剖構造
為了支持其汽車合作伙伴并加速汽車電氣化進程，Wolfspeed 與恩智浦 (NXP) 攜手推出了一款經(jīng)過全面測試的 800 V 牽引逆變器參考設計。該設計能夠幫助電動汽車系統(tǒng)架構師有效克服諸多障礙，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，包含基于 Arm? Cortex?-M7 的 S32K39 MCU、電源管理符合功能安全標準的 FS26 系統(tǒng)基礎芯片，以及最新一代高壓隔離柵極驅動器 GD3162。為了完善該系統(tǒng)，設計中還包含 Wolfspeed 1200 V 三相全橋 YM 碳化硅功率模塊。
圖 2：基于恩智浦 (NXP) 800 V EV -INVERTERGEN3 參考設計和 Wolfspeed 碳化硅功率模塊的完整 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) 設置進行了聯(lián)合測試。在 800 V 電池工作條件下，其峰值功率超過了 300 kW。
圖 3：實驗室 HIL 設置的測試結果
為最大限度提升效率而設計：動態(tài)柵極強度滿足不同的功率需求
實驗室仿真結果顯示，得益于恩智浦 (NXP) 高壓柵極驅動器的專用功能，最高效率提升近 1%。該功能使設計人員能夠根據(jù)實時運行條件動態(tài)調(diào)整柵極驅動信號強度，從而在效率、開關速度和電磁性能之間實現(xiàn)平衡。根據(jù)全球統(tǒng)一輕型車輛測試程序(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 14 英里（近 22.5 公里）。
圖 4：效率提升增益曲線
全面的功能安全設計理念：確保從器件到系統(tǒng)級功能安全
在 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，采用了符合最高風險等級 ASIL D 的組件，包括恩智浦 (NXP) 的 S32K396 MCU、FS2633 系統(tǒng)基礎芯片及 GD3162 高壓柵極驅動器。為了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。
為實現(xiàn)可靠性和長久耐用性而設計：YM 碳化硅功率模塊
針對 800 V 牽引逆變器而設計的碳化硅解決方案。相比傳統(tǒng)的硅 IGBT，碳化硅材料本質上更可靠、更耐用。Wolfspeed YM 系列車規(guī)模塊以先進封裝技術為支撐，將為系統(tǒng)的長期可靠性注入新的選擇。
1200 V 三相全橋YM系列碳化硅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有卓越的抗熱沖擊和耐磨性，有效地將芯片產(chǎn)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)新的封裝特性是燒結芯片粘接技術。這種先進的芯片粘合方法在芯片和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和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 模塊通過銅夾片代替?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(xiàn)了超低開關損耗。為了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優(yōu)異的防潮性能，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(chǎn)品相比，模塊使用壽命得以延長至 3 倍。
圖 5：Wolfspeed 三相全橋 YM 系列碳化硅功率模塊
先進的封裝技術為車規(guī)級的 YM3 功率模塊提供了強有力保障，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。
結論
Wolfspeed與恩智浦聯(lián)合開發(fā)的800V牽引逆變器參考設計，為電動汽車行業(yè)提供了從功率器件到控制算法的完整解決方案。其動態(tài)柵極強度調(diào)節(jié)技術可優(yōu)化開關損耗，結合碳化硅功率模塊的高溫穩(wěn)定性，使系統(tǒng)能效提升至，同時滿足ISO 26262 ASIL D級功能安全要求。這一創(chuàng)新設計不僅縮短了車企研發(fā)周期，更推動了電動汽車在續(xù)航、動力響應及全生命周期可靠性上的突破，此方案將成為車企沖刺800V平臺的躍遷引擎。
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