เพื่อบรรลุเป้าหมายอนาคตที่ปล่อยมลพิษเป็นศูนย์ อุตสาหกรรมยานยนต์จำเป็นต้องปรับเปลี่ยนรูปแบบใหม่อย่างเร่งด่วน ผู้ผลิตรถยนต์ต้องเร่งเปิดตัวรถยนต์ไฟฟ้าที่มีความแตกต่าง NXP ร่วมมือกับ Wolfspeed เปิดตัวการออกแบบอ้างอิงอินเวอร์เตอร์ขับเคลื่อน 800V ที่ผ่านการตรวจสอบอย่างสมบูรณ์ ช่วยให้วิศวกรระบบยานยนต์ไฟฟ้าเอาชนะอุปสรรคทางเทคนิคต่างๆ ได้อย่างมีประสิทธิภาพ

การวิเคราะห์โมดูลอินเวอร์เตอร์กำลัง

เพื่อสนับสนุนพันธมิตรในอุตสาหกรรมยานยนต์และเร่งกระบวนการใช้พลังงานไฟฟ้าในยานยนต์ NXP และ Wolfspeed ร่วมกันเปิดตัวการออกแบบอ้างอิงอินเวอร์เตอร์ขับเคลื่อน 800V ที่ผ่านการตรวจสอบอย่างสมบูรณ์ การออกแบบนี้ช่วยให้วิศวกรระบบยานยนต์ไฟฟ้าเอาชนะความท้าทายหลายประการ รวมถึงการเลือกส่วนประกอบที่เหมาะสมเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของระบบ การเป็นไปตามมาตรฐานการรับรองความปลอดภัยเชิงหน้าที่ และการรับประกันความน่าเชื่อถือในระยะยาว

การออกแบบอ้างอิงอินเวอร์เตอร์ขับเคลื่อนยานยนต์ไฟฟ้าเป็นโซลูชันระบบที่สมบูรณ์ ซึ่งรวมไมโครคอนโทรลเลอร์ S32K39 ที่ใช้ Arm® Cortex®-M7 ชิปพื้นฐานระบบ FS26 ที่สอดคล้องกับความปลอดภัยเชิงหน้าที่สำหรับการจัดการพลังงาน และไดรเวอร์เกตแบบแยกสัญญาณไฟฟ้าแรงสูงรุ่นล่าสุด GD3162 เพื่อให้ระบบสมบูรณ์ การออกแบบยังรวมโมดูลกำลัง SiC 1200V แบบหกชุด YM จาก Wolfspeed

โซลูชัน ECU ที่สมบูรณ์จากการออกแบบอ้างอิง NXP และโมดูลกำลัง SiC ของ Wolfspeed

การออกแบบอ้างอิงอินเวอร์เตอร์ขับเคลื่อนยานยนต์ไฟฟ้านี้ได้รับการทดสอบร่วมกันที่ห้องปฏิบัติการ Wolfspeed มิวนิก ด้วยอุปกรณ์ Hardware-in-the-Loop (HIL) ภายใต้การทำงานของแบตเตอรี่ 800V มีกำลังสูงสุดเกิน 300kw

ผลการทดสอบการตั้งค่า HIL ในห้องปฏิบัติการ

การออกแบบที่มีประสิทธิภาพสูง: ความแรงของเกตแบบปรับได้ตอบสนองความต้องการกำลังที่แตกต่าง

ผลการจำลองในห้องปฏิบัติการแสดงให้เห็นว่าประสิทธิภาพโดยรวมเพิ่มขึ้นประมาณ 1% ต้องขอบคุณฟังก์ชันเฉพาะของไดรเวอร์เกตไฟฟ้าแรงสูงของ NXP ฟังก์ชันนี้ช่วยให้นักออกแบบปรับความแรงของสัญญาณเกตไดรฟ์ได้แบบไดนามิกตามสภาพการทำงานจริง สร้างความสมดุลระหว่างประสิทธิภาพ ความเร็วในการสวิตช์ และความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้า ตามแบบจำลองบางส่วนของ Worldwide Harmonized Light Vehicles Test Procedure (WLTP) การออกแบบนี้คาดว่าจะเพิ่มระยะทางขับเคลื่อนได้ประมาณ 14 ไมล์เมื่อเทียบกับโซลูชันยานยนต์ไฟฟ้าแบบเดิม

ผลลัพธ์การเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงาน

ออกแบบโดยคำนึงถึงความปลอดภัยเชิงหน้าที่: เอกสารความปลอดภัยเชิงหน้าที่ระดับระบบ นอกเหนือจากเอกสารอุปกรณ์

ในด้านความปลอดภัยเชิงหน้าที่ (FuSA) การออกแบบส่วนประกอบที่สอดคล้องต้องให้ความสำคัญกับคุณภาพสูงและความน่าเชื่อถือสูงเป็นหลัก กระบวนการด้านความปลอดภัยครอบคลุมทุกขั้นตอนตั้งแต่การออกแบบ การผลิต เอกสารประกอบ ไปจนถึงการสนับสนุนทางเทคนิค ในการออกแบบอ้างอิงอินเวอร์เตอร์ขับเคลื่อนยานยนต์ไฟฟ้า ใช้ส่วนประกอบสำคัญที่สอดคล้องกับระดับความเสี่ยงสูง ASIL D รวมถึงไมโครคอนโทรลเลอร์ S32K396 ของ NXP ชิปพื้นฐานระบบ FS2633 และไดรเวอร์เกตไฟฟ้าแรงสูง GD3162 เพื่อทำให้กระบวนการลูกค้าบูรณาการง่ายขึ้น การออกแบบยังมีเอกสาร FuSa บางอย่าง เช่น แนวคิดความปลอดภัยของระบบ ซึ่งอธิบายรายละเอียดจากเป้าหมายความปลอดภัยที่สมมติขึ้นไปจนถึงข้อกำหนดด้านความปลอดภัยระดับฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์

สร้างการออกแบบที่ยอดเยี่ยมเชื่อถือได้และทนทาน

การใช้งานอินเวอร์เตอร์ขับเคลื่อน 800V ต้องการโซลูชันซิลิกอนคาร์ไบด์ เมื่อเทียบกับ IGBT ซิลิกอนแบบดั้งเดิม วัสดุ SiC มีความน่าเชื่อถือและทนทานมากกว่าโดยธรรมชาติ Wolfspeed ฉวยโอกาสนี้ด้วยการผสานเทคโนโลยีก้าวหน้าในการบรรจุเข้ากับบรรจุภัณฑ์ YM ระดับยานยนต์ เพื่อเพิ่มความทนทานของระบบ

โมดูลกำลัง SiC 1200V แบบหกชุด YM ใช้การออกแบบแผ่นรองฐานครีบทองแดงแบบระบายความร้อนโดยตรง โดยการจุ่มครีบทองแดงลงในสารหล่อเย็นโดยตรง ไม่เพียงช่วยลดความซับซ้อนในการประกอบระบบ แต่ยังเพิ่มประสิทธิภาพการระบายความร้อนอย่างมีนัยสำคัญ นอกจากนี้ โมดูลยังใช้แผ่นรองฐานซิลิกอนไนไตรด์ ซึ่งเป็นเซรามิกที่แข็งแกร่ง ทนทานต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิและการสึกหรอได้ดีเยี่ยม ช่วยระบายความร้อนจากชิปได้อย่างรวดเร็ว ลดอุณหภูมิการทำงานของระบบ คุณสมบัติการบรรจุที่สร้างสรรค์อีกอย่างคือเทคโนโลยียึดติดชิปแบบซินเทอร์ วิธีการยึดติดชิปขั้นสูงนี้สร้างการเชื่อมต่อที่แข็งแรงระหว่างชิปกับแผ่นรองฐานซิลิกอนไนไตรด์ ช่วยให้มั่นใจในการนำความร้อนและความทนทานเชิงกลที่ดีเยี่ยม รองรับกำลังขับสูงขึ้นและให้ประสิทธิภาพการหมุนเวียนความร้อนที่ยอดเยี่ยม เทคโนโลยีครีบทองแดงระบายความร้อนโดยตรงร่วมกับเทคโนโลยียึดติดชิปแบบซินเทอร์ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการระบายความร้อนและอายุการใช้งานของระบบ

โมดูล YM ใช้แคลมป์ด้านบนทองแดงแทนลวดเชื่อมแบบเดิม ช่วยเพิ่มความสามารถในการรับกระแสและอายุการหมุนเวียนกำลังของโมดูลอย่างมาก ในขณะเดียวกัน การจัดวางขั้วต่อที่เหมาะสมช่วยลดความเหนี่ยวนำของบรรจุภัณฑ์ ลดแรงดันเกิน และทำให้เกิดการสูญเสียสวิตช์ที่ต่ำมาก เพื่อลดความเสี่ยงของความเสียหายเชิงกลที่อาจเกิดขึ้น โมดูล YM ระดับยานยนต์ใช้การบรรจุด้วยอีพอกซีเรซินแข็ง เมื่อเปรียบเทียบกับบรรจุภัณฑ์แบบเจล อีพอกซีเรซินมอลด์คอมพาวนด์ไม่เพียงให้คุณสมบัติกันความชื้นที่ดีเยี่ยม แต่ยังมีความสมบูรณ์ของโครงสร้างที่แข็งแกร่งกว่า การรวมเทคโนโลยียึดติดชิปแบบซินเทอร์ แคลมป์ทองแดง และอีพอกซีเรซินมอลด์คอมพาวนด์เข้าด้วยกัน ช่วยยืดอายุการใช้งานของโมดูลได้ถึง 3 เท่าเมื่อเทียบกับผลิตภัณฑ์คู่แข่ง

โมดูลกำลัง SiC แบบหกชุด YM ของ Wolfspeed

เทคโนโลยีก้าวหน้าด้านการบรรจุเหล่านี้รับประกันโมดูลกำลัง YM3 ที่ได้รับการรับรองมาตรฐาน AQG324 สามารถรับมือกับความท้าทายในการทำงานในสภาพแวดล้อมยานยนต์ที่รุนแรง การออกแบบนี้ไม่เพียงรับประกันความสม่ำเสมอของประสิทธิภาพ แต่ยังมอบความทนทานที่ยอดเยี่ยมให้กับโมดูล

ผลิตภัณฑ์ของ NXP

การออกแบบอ้างอิงอินเวอร์เตอร์ขับเคลื่อน 800V ที่ NXP ร่วมกับ Wolfspeed สร้างขึ้น ถือเป็นก้าวสำคัญของอุตสาหกรรมยานยนต์สู่การใช้พลังงานไฟฟ้า การออกแบบอ้างอิงนี้จัดการกับความท้าทายสำคัญที่นักออกแบบยานยนต์ไฟฟ้าต้องเผชิญ รวมถึงการเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงาน ความปลอดภัยเชิงหน้าที่ และความน่าเชื่อถือในระยะยาว เพื่อให้แน่ใจว่ายานยนต์ไฟฟ้ามีประสิทธิภาพเทียบเท่าหรือดีกว่ารถยนต์ที่ใช้น้ำมัน ด้วยเทคโนโลยีการปรับความแรงของเกตแบบไดนามิกและโมดูลกำลังซิลิกอนคาร์ไบด์ขั้นสูง การออกแบบอ้างอิงนี้กลายเป็นเครื่องมือสำคัญสำหรับนักออกแบบยานยนต์ไฟฟ้า ช่วยสร้างรถยนต์ไฟฟ้าคุณภาพสูง มีประสิทธิภาพ ปลอดภัย และรักษาประสิทธิภาพการทำงานที่ยอดเยี่ยมตลอดอายุการใช้งาน