汽车应用的三电平逆变器方案，相同的物理外形

　　三电平逆变器已成为电动和混合动力推进系统的重要组成部分。这些逆变器比传统的两级设计更具优势，包括更低的谐波失真、更低的开关损耗和更高的系统效率。虽然三电平逆变器为电动汽车传动系统带来了诸多好处，但它们也带来了与系统成本和复杂性相关的挑战。

　　汽车应用的三电平逆变器方案

　　因此，利用两级和三级拓扑优势的平衡方法至关重要。将重点介绍这种混合方法带来的好处，体现在单个电源模块(eMPack)中，能够在提高效率的同时控制成本和复杂性。

　　随着汽车推进系统不断发展，以满足对效率、环境保护和符合监管标准的日益增长的需求，电动传动系统已成为创新的焦点。乘用车、商用车或卡车的电力传动系统必须提高能效，以最大限度地利用电池，延长行驶里程和电池寿命。

　　此外，实现更快的充电时间和改善配电是现代电动传动系统的关键考虑因素。这些系统有望在恶劣的环境条件下高效运行。因此，电力传动系统的核心部件逆变器必须做出相应的调整。

　　逆变器在电力传动系统中起着举足轻重的作用，多年来从硅发展到碳化硅功率半导体。SiC MOSFET器件尤其表现出卓越的性能，与传统IGBTs相比，静态和开关损耗更低。这实现了更高的效率和功率密度，以及改进的电机控制和降低的能量损耗，使基于SiC的逆变器成为高端电动汽车和混合动力汽车的首选。

　　电动机的效率

　　三电平逆变器在汽车应用中越来越受欢迎，因为它们能够进一步提高电机效率并扩大车辆行驶里程。三电平开关拓扑结构产生的较低谐波失真减少了电机中的铁损，这是传动系统效率的一个关键因素。电力传动系统中的大多数损耗来自各种因素，如机械损耗、铜芯损耗和铁芯损耗，总谐波失真(THD)对总能量浪费有很大影响。

　　滞后损失

　　磁滞损耗是由交流电流经电机绕组时铁芯的反复磁化和退磁引起的。这个过程导致能量以热的形式耗散。磁滞损耗与电流的频率和最大磁通密度成正比，减轻磁滞损耗是提高电机效率的关键。

　　涡流损耗

　　由于变化的磁场，在铁芯内感应出涡流。这些电流导致电阻发热，进一步降低了电机的效率。用绝缘材料层压铁芯有助于最小化这些损耗，使其成为提高电机性能的必要步骤。

　　带螺纹的(threaded的简写)THD衡量波形与其理想正弦形状的偏差，主要是由于谐波的存在。在电动机中，THD会导致损耗增加、效率降低和电磁干扰。为了降低THD，使用了预测控制或空间矢量脉宽调制等先进控制策略，同时优化了开关频率和调制指数。降低THD是三电平逆变器的主要优势之一，因为它们可以限制谐波失真，从而提高电力传动系统的整体效率。

　　eMPack三电平功率模块的设计

　　专门为汽车应用开发了eMPack功率模块，采用了先进的三电平逆变器技术。这种先进的模块提供两种变体:传统的两级拓扑和现代的三级拓扑，两者共享相同的物理外形。三电平拓扑称为T型中性点箝位(TNPC)，每个半桥使用四个开关，而两电平设计中只有两个开关。

　　这种配置允许降低开关损耗和提高功率效率。与NPC相比，TNPC的一个主要优势是它不需要额外的二极管，因此可以腾出空间在同一个模块中集成更多的半导体芯片。的使用碳化硅MOSFETs这种拓扑确保了更高的效率和可靠性。

　　eMPack模块还采用了创新的封装技术，如flex-foil技术(图1)，取代了传统的引线键合方法。柔性箔能够更好地传送电流，并增强模块的机械和热耐久性。此外，在热堆叠中使用直接压制芯片(DPD)技术减少了热界面材料的厚度，从而提高了热效率。

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