Перейти к содержимому 
Fraunhofer IZM разработала инвертор мощностью 500 кВт, который помещается в объем 1 литр (500 кВА на литр) с пиковым КПД, превышающим 99%. Устройство было создано для Mitsubishi Heavy Industries и предназначено для приводов постоянного тока с напряжением 800 В, обеспечивающих среднеквадратичный ток 500 А на фазу, эффективную индуктивность примерно 1 наногенри и скорость переключения 65 В/нс.
Дизайн достигает этих цифр за счет четырех взаимодействующих подходов. В силовых модулях используется двухуровневая полумостовая топология, по одному на фазу, каждый с двенадцатью МОП-транзисторами из карбида кремния, встроенными непосредственно в печатную плату. Встраивание SiC-переключателей устраняет высоту компонентов и снижает паразитную индуктивность. RC-демпфер между каждым модулем и конденсатором звена постоянного тока уменьшает колебания и увеличивает скорость переключения. Получающаяся в результате эффективная индуктивность 1 нГн позволяет МОП-транзисторам переключаться на физическом пределе — более быстрое переключение означает меньшие потери, что снижает требования к охлаждению.
Второй подход — это охладитель: плоский радиатор из экструдированного алюминия под тремя модулями с более чем 40 тонкими слегка гофрированными каналами, обеспечивающими большую площадь поверхности охлаждающей жидкости для теплообмена. Весь радиатор изготавливается за один этап экструзии, что минимизирует как стоимость, так и форм-фактор.
Третий подход – шинное соединение. «Контакты шин были сформированы специально для того, чтобы мы могли приваривать их лазерной сваркой непосредственно к печатной плате», — сказал Вильян Вермеер из группы Power Electronic Systems компании Fraunhofer IZM. «Это означает, что мы могли бы избавиться от винтов, которые не только занимали бы ценное пространство, но и увеличивали бы индуктивность». Две входные шины расположены вертикально и достаточно близко, чтобы их магнитные поля частично компенсировались, что еще больше снижает индуктивность.
Четвертый подход касается конденсаторов звена постоянного тока. Работая с PolyCharge, команда использовала конденсаторы NanoLam, специально сконфигурированные для данного применения и расположенные рядом с шинами, достигнув общей индуктивности звена постоянного тока 2 нГн при емкости 300 микрофарад. Конденсаторы NanoLam производят более высокие тепловые потери, чем обычные типы; команда использовала медные контакты для лучшего рассеивания тепла и встроила блок конденсаторов в корпус под алюминиевым охладителем, ограничив рабочую температуру до 130 °C против максимальной 150 °C.
Фраунгофер говорит, что полученный блок превосходит обычные инверторные альтернативы в пять раз по удельной мощности и превосходит современные топовые системы в 2,5 раза. Vermeer представит инвертор на выставке PCIM Europe в Нюрнберге 9–11 июня.
Источник: Фраунгофера IZM.
