Do nhiều thách thức mà phương tiện điện năng lượng mới phải đối mặt ngày nay, sự ra đời của các khái niệm mới và công nghệ mới trong việc xây dựng và thiết kế các hệ thống xe điện năng lượng mới đã xuất hiện theo yêu cầu của thời đại. Đặc biệt với sự tiến bộ không ngừng của công nghệ thiết kế thiết bị và quy trình sản xuất, các thiết bị bán dẫn dải tần rộng sẽ dần thay thế các thiết bị bán dẫn truyền thống, sẽ được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điện tử công suất xe năng lượng mới và trở thành một xu hướng mới. Tại thời điểm này, chỉ có hai chủ đề nóng sau đây sẽ được thảo luận và giải thích.
* Thị trường điện tử công suất cho xe điện (EV), xe điện hybrid và xe chạy xăng ngày nay tiếp tục phát triển. Ví dụ, yêu cầu về điện áp của một hệ thống điện điển hình của xe điện lai (HEV) nằm trong khoảng từ 12V đến 800V, và dòng điện có thể lên tới hàng trăm ampe. Do đó, các thiết bị bán dẫn silicon (Si) và băng thông rộng, chẳng hạn như thiết bị gallium nitride (GaN) và silicon carbide (SiC), đang thu hút sự quan tâm lớn.
Chất bán dẫn có độ rộng vùng cấm chủ yếu dùng để chỉ vật liệu bán dẫn có độ rộng vùng cấm (chênh lệch năng lượng giữa điểm thấp nhất của vùng dẫn và điểm cao nhất của vùng hóa trị) lớn hơn 2,2 eV. Vật liệu bán dẫn khe hở rộng đại diện bởi GaN và SiC có các đặc điểm của cường độ điện trường đánh thủng cao, tần số cắt cao, dẫn nhiệt cao, nhiệt độ tiếp giáp cao, ổn định nhiệt tốt và khả năng chống bức xạ mạnh. So với quy trình silic (Si) và gallium arsenide (GaAs), thiết bị SiC hoặc GaN có độ rộng vùng cấm mang lại hiệu suất cao hơn, tần số chuyển đổi, nhiệt độ hoạt động và điện áp hoạt động, do đó giải quyết các vấn đề chuyển đổi điện năng. Đây là lý do tại sao không thể tránh khỏi việc các thiết bị bán dẫn băng tần rộng sẽ dần thay thế các thiết bị bán dẫn truyền thống.
Hiện nay, sự xuất hiện của các loại xe điện thường là xe điện hybrid hoàn toàn (FHEV), xe điện hybrid plug-in (PHEV) và xe điện hybrid nhẹ (MHEV).
Trong khi so sánh, ô tô thông thường có 600 MOSFET, ô tô cao cấp có 100 MOSFET và ô tô hybrid nhẹ 48V có 400 MOSFET. Thiết bị MOSFET silicon giải quyết vấn đề về điện áp cao và chi phí. Sau khi giải quyết vấn đề mất cân bằng quá áp, các thiết bị bán dẫn công suất thấp trong cấu hình nối tiếp tạo ra một giải pháp hệ thống chuyển đổi điện năng hiệu quả, đồng thời cũng giải quyết các vấn đề về chi phí và hiệu quả. Đặc biệt, hệ thống pin 48V có thể chịu được quá độ tải điện áp đầu vào cao, đồng thời hoạt động với nhiễu điện từ thấp (EMI), chu kỳ nhiệm vụ thấp và hiệu quả cao.
* Từ góc độ tiết kiệm năng lượng và hiệu quả năng lượng, việc quản lý nhiệt của các phương tiện sử dụng năng lượng điện mới là một chủ đề nóng khác. Điều này là do mật độ năng lượng của pin không cao bằng xăng, và có những yêu cầu về nhiệt độ môi trường làm việc, và hệ thống cần được tối ưu hóa hết mức có thể. Các thành phần liên quan đến nhiệt của một chiếc xe năng lượng mới có thể được chia thành ba phần, đó là động cơ và thiết bị điện tử, pin nguồn và buồng lái. Các thành phần này có cả yêu cầu sưởi ấm và làm mát. Nếu bạn tính toán rằng yêu cầu 24 kilowatt giờ điện cho mỗi 100 km, thì khoảng 20% nhiệt lượng được sử dụng để tản nhiệt. Dựa trên ước tính chạy 16.000 km mỗi năm, gần 7680 kilowatt giờ điện sẽ được sử dụng để tiêu thụ nhiệt trong 10 năm, tương đương với sự lãng phí gần 15.000 đến 20.000 nhân dân tệ. Do đó, điểm khởi đầu phải là tìm sự cân bằng chi phí trong quản lý hệ thống nhiệt ở cấp độ của toàn bộ hệ thống, suy nghĩ về thiết kế sơ đồ hệ thống và xác định các chiến lược trong tương lai.
Theo đó, bài viết này sẽ lấy một chiếc xe điện hybrid nhẹ (MHEV) làm ví dụ, các đặc điểm ứng dụng hệ thống 48V MHEV của nó, bao gồm cách sử dụng mạch MOSFET bộ chuyển đổi silicon tiêu chuẩn trong 48V MHEV, bao gồm điện tử công suất ô tô yêu cầu EMI thấp, MOSFET song song, hệ thống 48V phụ trợ và pin 48V, bộ chuyển đổi buck 48V phía trước và các vấn đề ứng dụng khác, và lựa chọn thiết kế thiết bị điện và điều khiển nhiệt xe điện năng lượng mới là hai vấn đề chính cần thảo luận và phân tích.
