功率器件在混合动力汽车中的应用

混合动力汽车(HEV)市场的增长在很大程度上取决于每加仑/英里这一能耗指标及追加投入的每个硬币所带来的好处以及混合系统现场的可靠性。消费者将混合汽车与标准汽车进行比较，并期待在整体更低拥有成本的前提下起码具有同样的性能和可靠性。混合汽车增加的成本必须在拥有期间通过节省燃料和维护成本得到回报。 【功率器件在混合动力汽车中的应用】 混合动力汽车（HEV）的发展主要受到能耗效率、成本效益和系统可靠性的驱动。消费者关注每加仑/英里能耗指标，期望HEV在拥有成本更低的情况下，仍能提供与传统汽车相当的性能和可靠性。HEV的额外成本必须通过节省的燃料和维护费用在车辆使用寿命内得以回收。 功率器件在HEV的逆变器和直流-直流（dc-dc）转换器中扮演着核心角色，它们直接影响系统的性能、可靠性和成本。关键性能指标包括效率、功率密度和特定功率。同时，热循环和功率循环是衡量器件可靠性的主要规范。 混合动力汽车按照混合程度和系统架构可分为微混合、轻度混合和完全混合三类。选择不同级别的混合系统取决于车辆功能、尺寸、行驶需求和燃油经济性目标。例如，微混合系统通常用于启动-停止功能，而轻度混合系统可提供引擎助力和再生制动，而完全混合系统则能够支持纯电力运行，大幅降低油耗。 HEV系统的功率电子需要高效地处理直流到交流、交流到直流以及直流到直流的能量转换。在高压和大电流环境下，选择低损耗的功率器件至关重要。对于低电压和电流的应用，金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）更优；而在120V以上的系统中，绝缘栅双极晶体管（IGBT）成为首选。英飞凌的沟道FieldStop IGBT技术通过减少导通和开关损耗实现了更高的芯片电流密度和工作温度。 在设计HEV功率模块时，必须考虑器件的高温工作能力、封装的耐振动性和环境温度变化带来的可靠性挑战。功率模块应能在15年/15万英里的使用寿命内保持稳定。减小器件体积以提高功率密度是发展趋势，但必须确保封装设计和互连技术能够控制寄生感应，同时选择合适的材料来平衡性能和可靠性。例如，氮化硅底层和铝硅碳化物基板虽然成本较高，但其出色的热性能和高可靠性使其成为HEV应用的理想选择。 综合来看，功率器件在HEV中的应用需要综合考虑性能、成本和可靠性，通过优化器件技术、底层布局和封装材料，以实现高效、耐用且成本合理的解决方案。例如，英飞凌的HybridPACK1模块是专为轻度混合应用设计的，而其他更高级别的模块则针对完全混合动力系统进行优化。这样的定制化设计是确保HEV功率电子性能的关键。