Pour atteindre un avenir zéro émission, lindustrie automobile a urgemment besoin dune transformation. Les constructeurs automobiles doivent accélérer le lancement de modèles électriques différenciés. NXP, en partenariat avec Wolfspeed, lance une référence de conception donduleur de traction 800V entièrement validée, aidant efficacement les architectes de systèmes de véhicules électriques à surmonter de nombreux obstacles techniques.

Analyse du module onduleur de puissance

Pour soutenir les partenaires automobiles et accélérer lélectrification des véhicules, NXP et Wolfspeed ont conjointement lancé une référence de conception donduleur de traction 800V entièrement validée. Cette conception aide les architectes de systèmes de véhicules électriques à surmonter efficacement plusieurs défis, notamment le choix de composants appropriés pour améliorer lefficacité du système, la conformité aux normes de certification de sécurité fonctionnelle et la garantie dune fiabilité à long terme.

La référence de conception donduleur de traction pour véhicules électriques est une solution système complète intégrant le microcontrôleur S32K39 basé sur Arm® Cortex®-M7, le circuit intégré de gestion de lalimentation FS26 conforme à la sécurité fonctionnelle, ainsi que le driver de grille isolé haute tension de dernière génération GD3162. Pour compléter ce système, la conception inclut également le module de puissance SiC à six groupes YM de 1200V de Wolfspeed.

Solution ECU complète basée sur la référence de conception NXP et le module de puissance SiC Wolfspeed

Cette référence de conception donduleur de traction pour véhicules électriques a été testée conjointement dans le laboratoire de Wolfspeed à Munich à laide dun dispositif Hardware-in-the-Loop (HIL). Dans des conditions de fonctionnement de batterie 800V, sa puissance de crête dépasse 300 kW.

Résultats des tests en laboratoire avec configuration HIL

Conception efficace : intensité de grille dynamique pour répondre à différents besoins en puissance

Les simulations en laboratoire montrent que, grâce à une fonction propriétaire du driver de grille haute tension de NXP, lefficacité globale est améliorée denviron 1%. Cette fonction permet aux concepteurs dajuster dynamiquement lintensité du signal de commande de grille en fonction des conditions de fonctionnement en temps réel, équilibrant ainsi lefficacité, la vitesse de commutation et la compatibilité électromagnétique. Selon certains modèles du cycle dessai mondial harmonisé pour les véhicules légers (WLTP), cette conception pourrait augmenter lautonomie denviron 14 miles par rapport aux solutions de véhicules électriques traditionnelles.

Résultats de lamélioration de lefficacité énergétique

Conception prenant en compte la sécurité fonctionnelle : au-delà des fiches techniques des composants, documentation sur la sécurité fonctionnelle du système

En matière de sécurité fonctionnelle (FuSA), la conception des composants conformes a toujours pour priorité la haute qualité et la fiabilité. La sécurité est intégrée à chaque étape de la conception, de la fabrication, de la documentation et du support technique. Dans la référence de conception donduleur de traction pour véhicules électriques, des composants clés conformes au niveau de risque élevé ASIL D sont utilisés, notamment le microcontrôleur S32K396 de NXP, le circuit intégré de base système FS2633 et le driver de grille haute tension GD3162. Pour simplifier davantage le processus dintégration des clients, la conception fournit également certains documents FuSa, tels que le concept de sécurité système, expliquant en détail les exigences de sécurité depuis les objectifs de sécurité supposés jusquaux niveaux matériel et logiciel.

Créer une conception fiable et durable dexcellence

La réalisation dun onduleur de traction 800V nécessite des solutions en carbure de silicium. Par rapport aux IGBT en silicium traditionnels, le matériau SiC est intrinsèquement plus fiable et durable. Wolfspeed a saisi cette opportunité pour intégrer des technologies dencapsulation avancées dans son boîtier YM de qualité automobile, améliorant ainsi la durabilité du système.

Le module de puissance SiC à six groupes YM de 1200V utilise une conception de substrat à ailettes en cuivre à refroidissement direct. En immergeant directement les ailettes dans le liquide de refroidissement, il simplifie lassemblage du système et améliore considérablement les performances thermiques. De plus, le module utilise un substrat en nitrure de silicium, un matériau céramique robuste offrant une excellente résistance aux chocs thermiques et à lusure, dissipant efficacement la chaleur générée par la puce, réduisant ainsi la température de fonctionnement du système. Une autre caractéristique innovante de lencapsulation est la technique de brasage de puce par frittage. Cette méthode avancée de fixation des puces établit une liaison solide entre la puce et le substrat en nitrure de silicium, garantissant une excellente conductivité thermique et une durabilité mécanique, supportant des sorties de puissance plus élevées et offrant des performances de cyclage thermique supérieures. La technologie dailettes en cuivre à refroidissement direct et la technique de brasage de puce par frittage améliorent ensemble les performances thermiques et la durée de vie du système.

Le module YM utilise des pinces supérieures en cuivre au lieu des fils de liaison traditionnels, augmentant considérablement la capacité de courant et la durée de vie en cyclage de puissance du module. Parallèlement, son agencement optimisé des bornes réduit efficacement linductance dencapsulation, diminue les surtensions et réalise des pertes de commutation ultra-faibles. Pour réduire les risques potentiels de défaillance mécanique, le module YM de qualité automobile utilise un encapsulant en résine époxy rigide. Par rapport à lencapsulation à base de gel, le compound de moulage époxy offre non seulement une excellente résistance à lhumidité, mais aussi une intégrité structurelle plus robuste. En combinant le brasage de puce par frittage, les pinces en cuivre et le compound de moulage époxy, la durée de vie du module est prolongée jusquà 3 fois par rapport aux produits concurrents.

Module de puissance SiC à six groupes YM de Wolfspeed

Ces technologies dencapsulation avancées garantissent que le module de puissance YM3, certifié AQG324, peut relever efficacement les défis dexploitation dans lenvironnement automobile exigeant. Cette conception assure une cohérence des performances et confère au module une durabilité exceptionnelle.

Produits NXP

La référence de conception donduleur de traction 800V développée par NXP en partenariat avec Wolfspeed marque une étape importante dans lélectrification de lindustrie automobile. Cette référence de conception relève les défis clés auxquels sont confrontés les concepteurs de véhicules électriques, notamment lamélioration de lefficacité énergétique, la sécurité fonctionnelle et la fiabilité à long terme, garantissant que les véhicules électriques peuvent égaler, voire surpasser, les performances des véhicules à essence. Grâce à la technologie de réglage dynamique de lintensité de grille et aux modules de puissance avancés en carbure de silicium, cette référence de conception constitue un outil essentiel pour les concepteurs de véhicules électriques, les aidant à créer des modèles électriques de haute qualité, efficaces et sûrs, tout en garantissant des performances exceptionnelles tout au long de leur cycle de vie.