2.采用LV100封装全SiC模块
牵引逆变系统
2.1 牵引逆变系统
表1列出了采用LV100封装全SiC模块的牵引逆变系统主要参数，图1为其外观，日本常规线路系统，也即一个牵引逆变器驱动四个并联的220kW感应电机。
牵引逆变器包含制动电路、功率单元和栅极驱动器。LV100封装可以使散热器更加紧凑、组件的功率密度更高（例如配套SiC器件的滤波电容和叠层母排）。相对传统的Si功率模块，采用SiC功率模块使逆变系统体积减小60%，重量降低50%。
2.2 LV100封装全SiC功率模块的优势
图2为LV100封装全SiC模块的内部电路图及外观，内部为一个半桥电路，可以组成两电平逆变器的一个桥臂。Si功率模块由Si IGBT和Si二极管组成，而全SiC功率模块由SiC MOSFET和SiC SBD组成。
同样的LV100封装，除了全SiC器件，三菱电机也推出了Si和混合SiC器件，客户可以根据铁路车辆的规格选择最合适的功率器件。
LV100封装的端子排布方便器件并联，有利于客户根据铁路车辆功率等级选择不同的并联个数。
表2展示了LV100封装Si功率模块和全SiC功率模块的主要参数对比。相对于Si器件，SiC功率模块额定电流增大25%，最大工作结温提高16%，并且开关损耗降低80%。如果驱动相同功率的电机，SiC器件所需并联的个数更少。
3.小田急5000型列车应用
重新改造的1000型列车在2014年开始在小田急线路上运营，此重新改造的1000型列车首次装载了三菱电机3.3kV全SiC功率模块，得到了良好的节能效果。在2016年2月，得到了日本产业经济省和小田急颁发的优秀节能器件奖。
如第2章所述，2019年，小田急5000型列车装载了应用LV100封装全SiC功率模块的牵引逆变器。本章节主要介绍全SiC功率模块在小田急5000型列车的应用。
3.1 牵引逆变系统参数
表3列出了5000型和改制1000型的参数对比。5000型列车含有10节车厢(5M5T)，与改制1000型相同，这些新生产的产品系列会替代8000型以及其它车型。如图3所示主电路拓扑，一个变压变频(VVVF)牵引逆变器驱动四个电机。
图4显示了VVVF牵引逆变系统的外观，5000型牵引逆变系统更小更轻，与改制1000型相比，体积减小大约30%，重量减小大约20%。
3.2 主线路运行结果
三菱电机进行了5000型列车在小田急线路上的性能确认测试。图5显示逆变模式测试图，图6为制动模式测试图。三菱电机根据列车在逆变和制动工况下测试结果来评估其性能，包括全SiC模块逆变系统的噪音等。采用全SiC模块逆变器能够降低噪声，为乘客提供更高的舒适性。
表4列出了线路上运行的5000型和改制1000型能耗分析。尽管运行工况不同，但是两者的能耗接近，5000型的吨公里能耗为0.0241kW•h，改制1000型的吨公里能耗为0.0232kW•h。这些数据表明5000型车辆与改制1000型车辆节能效果相当，相对于之前的GTO器件，大约节能40%。
4.结论
本文描述了采用LV100封装全SiC功率模块的5000型小田急列车的优势。
全球各企业都应该参与到可持续发展目标中来，轨道牵引系统应该减小对环境的影响并尽量节能。在半导体器件和电力电子领域，新技术不断发展，将会开发出更加节能的电气系统。
作为率先将全SiC功率模块应用在铁路车辆的厂商，三菱电机将持续开发并提供节能的产品，从而减小对环境的影响。
