<p>逆變器是電動驅動系統中的核心組件。它們控制電池與電動機之間的能量流動，決定了效率和性能。在弗勞恩霍夫可靠性與微集成研究所（IZM）由 Wiljan Vermeer 領導的電力電子系統組，專注於這一關鍵組件。最新的項目是由日本綜合企業三菱重工業（MHI）委託的，該公司擁有 300 多家子公司，主要活躍於重工業、機械和車輛工程、航空以及電子行業。在電動出行領域，位於奧斯納布呂克的三菱重工業熱運輸歐洲有限公司是一個知名品牌。</p>
<p>根據弗勞恩霍夫 IZM 的説法，他們的工作在逆變器技術上取得了根本性的進展。結果是一個新型、具有成本效益的逆變器，能夠在僅一升的體積內提供 500 千瓦的功率，並因其極低的電感而實現 99% 的效率。開發者表示，這得益於 ‘四個技巧’，使得逆變器具有競爭優勢。</p>
<p>第一個技巧涉及每個嵌入式功率模塊使用十二個 SiC 半導體。該模塊在逆變器中以三重方式安裝——每個相位一個。研究人員表示，這些模塊通過 RC 阻尼器與直流鏈接電容器解耦（“以減少不必要的振盪並提高開關速度”），並配備了十二個硅碳化物開關。這些是由合作伙伴和客户 MHI 指定的 MOSFET，並直接嵌入 PCB 以節省空間。“最終結果是高度緊湊的模塊，具有極小的電磁足跡。它們的有效電感僅為一個納亨利——足夠低，不會限制開關速度，並允許在 MOSFET 的極限下以每納秒 63 伏的速度開關。更快的開關意味着更低的損耗，從而減少了對冷卻的需求，” 弗勞恩霍夫 IZM 解釋道。</p>
<p>第二個關鍵方面是擠壓鋁冷卻器。在三個模塊下方是一個平坦的鋁冷卻器。其低矮的設計不僅節省了大量空間，還允許從半導體到冷卻液的短熱路徑，專家表示。內部有超過 40 個薄而略微波紋的散熱片，為流動的冷卻液提供了足夠的接觸表面進行熱交換。“鋁的優勢在於材料成本低，並且通過擠壓工藝實現高效的生產：整個散熱器在一個步驟中生產，這種設計節省了空間和成本，” 團隊評論道。</p>
<p>第三個創新是激光焊接作為連接技術。“母線的接觸點被設計成可以直接激光焊接到電路板上。這意味着我們可以去掉那些不僅佔用寶貴空間而且增加電感的螺絲，” 項目負責人 Wiljan Vermeer 解釋道。兩個輸入母線的垂直集成也使它們能夠足夠接近，以至於它們的場幾乎相互抵消，進一步最小化電感。</p>
<p>第四個設計技巧與直流鏈接電容器的技術和排列有關，這些電容器緩衝模塊的功率。與 PolyCharge 公司合作，他們的 NanoLam 電容器專門為此目的進行了配置，並且 “與母線並排排列，因此儘管容量為 300 微法，但直流鏈接的總電感僅為兩個納亨利，” 研究團隊表示。電容器的納米技術使得功率密度非常高，但也導致了熱損失的增加——這是冷卻系統的另一個挑戰。</p>
<p>“我們選擇了銅接觸以更好地散熱，” Vermeer 説。“我們的系統設計使得電連接平衡了較差的熱分佈，均勻地在水平和垂直方向上傳播熱量。電容器的最高温度可承受 150 攝氏度，但我們將其限制在 130 攝氏度以確保可靠性。” 按照傳統標準，這仍然是一個非常高的值。多餘的熱量通過短路徑轉移到上述鋁冷卻器，該冷卻器也散發來自功率模塊的熱量，專家補充道。為此，電容器單元被放置在鋁冷卻器下方並集成在外殼內，進一步減少了所需空間。</p>
<p>團隊深信：“憑藉其創新的電力電子、 capacitors 和冷卻系統的結合，逆變器將 800 伏驅動技術提升到一個新水平。” 以 500 千瓦的功率，它超越了許多當前的替代方案，達到了五倍，並且比之前的最先進技術高出兩倍半。99% 的效率也設定了一個新的基準——而且生產成本相對適中。</p>
<p>Wiljan Vermeer 將在 2026 年 6 月 9 日至 11 日在紐倫堡的 PCIM Europe 上向公眾展示新逆變器，地點為弗勞恩霍夫 IZM 展位（6 號展廳，440 號展位）。</p>
<p>izm.fraunhofer.de</p>

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<p>Fraunhofer IZM 為三菱重工業開發了一款緊湊型逆變器，能夠在僅一升的體積內提供 500kW 的功率，效率高達 99%。該逆變器配備了十二個 SiC 半導體、擠壓鋁冷卻器、激光焊接連接以及先進的直流鏈接電容器。這些創新顯著減小了體積並提升了性能，為電動驅動系統的逆變器技術設定了新的基準</p>

<p>Inverters are central components in electric drivetrains. They control the energy flow between the battery and the motor, determining efficiency and performance. Led by Wiljan Vermeer, the Power Electronic Systems group at the Fraunhofer Institute for Reliability and Microintegration (IZM) has focused intensively on this key component. The latest project was commissioned by Mitsubishi Heavy Industries (MHI), a Japanese conglomerate with over 300 subsidiaries primarily active in heavy industry, mechanical and vehicle engineering, aviation, and the electronics sector. In the electromobility sector, Mitsubishi Heavy Industries Thermal Transport Europe GmbH, based in Osnabrück, is a well-known name.</p>
<div class="lb-trans"><p>逆變器是電動驅動系統中的核心組件。它們控制電池與電動機之間的能量流動，決定了效率和性能。在弗勞恩霍夫可靠性與微集成研究所（IZM）由 Wiljan Vermeer 領導的電力電子系統組，專注於這一關鍵組件。最新的項目是由日本綜合企業三菱重工業（MHI）委託的，該公司擁有 300 多家子公司，主要活躍於重工業、機械和車輛工程、航空以及電子行業。在電動出行領域，位於奧斯納布呂克的三菱重工業熱運輸歐洲有限公司是一個知名品牌。</p>
</div><p>According to Fraunhofer IZM, their work has fundamentally advanced inverter technology. The result is a novel, cost-effective inverter that delivers 500 kilowatts of power in a volume of just one litre and achieves an efficiency of 99 per cent thanks to its extremely low inductance. According to the developers, this was made possible by ‘four tricks’ which give the inverter its edge.</p>
<div class="lb-trans"><p>根據弗勞恩霍夫 IZM 的説法，他們的工作在逆變器技術上取得了根本性的進展。結果是一個新型、具有成本效益的逆變器，能夠在僅一升的體積內提供 500 千瓦的功率，並因其極低的電感而實現 99% 的效率。開發者表示，這得益於 ‘四個技巧’，使得逆變器具有競爭優勢。</p>
</div><p>The first trick involves twelve SiC semiconductors per embedded power module. This module is installed in the inverter in triplicate – one for each phase. The researchers state that the modules are decoupled from the DC-link capacitor by an RC damper (“to reduce unwanted oscillations and increase the switching speed”) and are equipped with twelve silicon carbide switches. These are MOSFETs specified by the partner and customer, MHI, and they are embedded right onto the PCB to save space. “The end result is highly compact modules with an extremely small electromagnetic footprint. Their effective inductance is just one nanohenry – low enough to not limit the switching speed and allow switching at the MOSFETs’ limit, with 63 volts per nanosecond. Faster switching means lower losses, which in turn reduces the need for cooling,” explained Fraunhofer IZM.</p>
<div class="lb-trans"><p>第一個技巧涉及每個嵌入式功率模塊使用十二個 SiC 半導體。該模塊在逆變器中以三重方式安裝——每個相位一個。研究人員表示，這些模塊通過 RC 阻尼器與直流鏈接電容器解耦（“以減少不必要的振盪並提高開關速度”），並配備了十二個硅碳化物開關。這些是由合作伙伴和客户 MHI 指定的 MOSFET，並直接嵌入 PCB 以節省空間。“最終結果是高度緊湊的模塊，具有極小的電磁足跡。它們的有效電感僅為一個納亨利——足夠低，不會限制開關速度，並允許在 MOSFET 的極限下以每納秒 63 伏的速度開關。更快的開關意味着更低的損耗，從而減少了對冷卻的需求，” 弗勞恩霍夫 IZM 解釋道。</p>
</div><p>The second key aspect is extruded aluminium coolers. Beneath the three modules lies a flat aluminium cooler. Its low-profile design not only saves significant space but also allows for a short thermal path from the semiconductor to the coolant, the experts say. Inside, more than 40 thin, slightly corrugated fins provide the flowing coolant with sufficient contact surface for heat exchange. “Aluminum offers the advantage of low material costs and highly cost-effective production via the extrusion process: The entire heat sink is produced in a single step, a design that saves both space and money,” the team comments.</p>
<div class="lb-trans"><p>第二個關鍵方面是擠壓鋁冷卻器。在三個模塊下方是一個平坦的鋁冷卻器。其低矮的設計不僅節省了大量空間，還允許從半導體到冷卻液的短熱路徑，專家表示。內部有超過 40 個薄而略微波紋的散熱片，為流動的冷卻液提供了足夠的接觸表面進行熱交換。“鋁的優勢在於材料成本低，並且通過擠壓工藝實現高效的生產：整個散熱器在一個步驟中生產，這種設計節省了空間和成本，” 團隊評論道。</p>
</div><p>The third innovation is laser welding as a connection technique. “The contacts of the busbars were formed just so that we could laser-weld them directly onto the circuit board. That means we could get rid of screws that would not only eat up valuable space but increase inductance as well,” explains project leader Wiljan Vermeer. The vertical integration of the two input busbars also allows them to be positioned close enough to one another so that their fields nearly cancel each other out, further minimising inductance.</p>
<div class="lb-trans"><p>第三個創新是激光焊接作為連接技術。“母線的接觸點被設計成可以直接激光焊接到電路板上。這意味着我們可以去掉那些不僅佔用寶貴空間而且增加電感的螺絲，” 項目負責人 Wiljan Vermeer 解釋道。兩個輸入母線的垂直集成也使它們能夠足夠接近，以至於它們的場幾乎相互抵消，進一步最小化電感。</p>
</div><p>The fourth design trick relates to the technology and arrangement of the DC-link capacitors, which buffer the power of the modules. In collaboration with the company PolyCharge, their NanoLam capacitors were specifically configured for this purpose, and “arranged side by side with the busbars, so that the DC link reaches a total inductance of only two nanohenries despite a capacity of 300 microfarads,” according to the research team. The nanotechnology of the capacitors enables a very high power density but also results in increased thermal losses – another challenge for the cooling system.</p>
<div class="lb-trans"><p>第四個設計技巧與直流鏈接電容器的技術和排列有關，這些電容器緩衝模塊的功率。與 PolyCharge 公司合作，他們的 NanoLam 電容器專門為此目的進行了配置，並且 “與母線並排排列，因此儘管容量為 300 微法，但直流鏈接的總電感僅為兩個納亨利，” 研究團隊表示。電容器的納米技術使得功率密度非常高，但也導致了熱損失的增加——這是冷卻系統的另一個挑戰。</p>
</div><p>“We picked copper contacts for their better dissipation of the heat,” says Vermeer. “Our system was designed so that the electrical connections balance the poorer heat distribution, spreading the heat equally both horizontally and vertically. The capacitors can stand a maximum temperature of 150 degrees centigrade, but we limited them to 130 degrees in the interest of reliability.” By conventional standards, this is still a very high value. The excess heat is transferred over a short path to the aluminium cooler described above, which also dissipates the heat from the power modules, the experts add. To achieve this, the capacitor unit is positioned beneath the aluminium cooler and integrated within the housing, further reducing the required space.</p>
<div class="lb-trans"><p>“我們選擇了銅接觸以更好地散熱，” Vermeer 説。“我們的系統設計使得電連接平衡了較差的熱分佈，均勻地在水平和垂直方向上傳播熱量。電容器的最高温度可承受 150 攝氏度，但我們將其限制在 130 攝氏度以確保可靠性。” 按照傳統標準，這仍然是一個非常高的值。多餘的熱量通過短路徑轉移到上述鋁冷卻器，該冷卻器也散發來自功率模塊的熱量，專家補充道。為此，電容器單元被放置在鋁冷卻器下方並集成在外殼內，進一步減少了所需空間。</p>
</div><p>The team is convinced: “With its combination of innovative power electronics, capacitors, and cooling systems, the inverter takes 800-volt drive technology to a new level.” With 500 kilowatts, it surpasses many current alternatives by a factor of five and the previous state-of-the-art technology by two and a half times. The efficiency of 99 per cent also sets a new benchmark – and with comparatively moderate production costs.</p>
<div class="lb-trans"><p>團隊深信：“憑藉其創新的電力電子、 capacitors 和冷卻系統的結合，逆變器將 800 伏驅動技術提升到一個新水平。” 以 500 千瓦的功率，它超越了許多當前的替代方案，達到了五倍，並且比之前的最先進技術高出兩倍半。99% 的效率也設定了一個新的基準——而且生產成本相對適中。</p>
</div><p>Wiljan Vermeer will present the new inverter to the public at PCIM Europe in Nuremberg from 9 to 11 June 2026 at the Fraunhofer IZM stand (Hall 6, Stand 440).</p>
<div class="lb-trans"><p>Wiljan Vermeer 將在 2026 年 6 月 9 日至 11 日在紐倫堡的 PCIM Europe 上向公眾展示新逆變器，地點為弗勞恩霍夫 IZM 展位（6 號展廳，440 號展位）。</p>
</div><p>izm.fraunhofer.de</p>
<div class="lb-trans"><p>izm.fraunhofer.de</p>
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Fraunhofer IZM 將碳化硅（SiC）逆變器提升到了一個新的性能水平