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    车用逆变器构造优化 助力电动轿车遍及

    (EV)

    和混合动力轿车(HEV)正大规划地投产,进入商业化运作。这意味着选用新式构造的轿车正在大量推出。从电子体系的角度来看,迄今为止用于电动轿车

    (EV)和混合动力轿车(HEV)的技能首要源自在曩昔数十年间开始是关于工业使用而开发的各种解决计划。因为轿车行业在商业上和技能上都有吸铁石

    不一样于工业系

    统的特定需求,因而需求开发专用的解决计划。

    逆变器电子构造

    低压(LV)侧的首要逻辑电路

    驱动单元

    与直流衔接相连的IGBT功率模块。

    驱动单元一般由单个PCB构成,PCB的衔接应尽能够靠近功率模块以最大程度下降IGBT栅极信号通路中的寄生元件的数量。

    供给低压和高压之间的电绝缘功用。一流的解决计划有赖于感应式、电容式阻隔或光学阻隔。

    驱动IGBT栅极以使体系到达最高功率。这意味着器材应能够供给足够大的电流对栅极进行疾速充电和放电。为到达这一意图,经常在驱动器和IGBT之间设置后驱动单元(或升压单元)。

    供给根本的维护功用,如欠压确定(UVLO)功用或去饱满维护(DESAT)功用。

    除了上述这些功用,还对栅极驱动器提出了其他需求以到达安全规范。其间一个首要安全需求规则在呈现毛病时体系应能够避免或约束电机

    在车轮发生剩余的力矩,这样不会呈现司机无法操控车辆的状况。关于非同步电机来说,此类战略(相对)易于布置,这是因为体系的安全状况是经过翻开一切开关

    完成;IGBT是常态下处于关断状况的器材,因而安全状况是逆变器的默许状况。

    关于永磁同步电机(PMSM)来说,因为在高转速(RPM)下,磁激励能够致使过压,因而状况更为杂乱。这会致使逆变器组件遭到破

    坏。例如根据机械子体系或斩波器的解决计划,数种办法在工业体系中经过使用证实其可行性,然后约束低于逆变器额定值的过压状况。可是,这些支撑体系会发生

    额定本钱,致使这一解决计划关于车用逆变器而言缺少实际可用性。

    抗毛病主动短路(ASC)战略的布置能够完成体系的安全方针。该战略保证在每个独自的毛病状况下,逆变器经过短接电机相线可发生0矢量(或称为主动短路)。

    在这种状况下发生的普通制动转矩不会致使司机无法操控车辆。

    冗余电源体系(一般由直流衔接供给),该体系保证驱动板的某些要害功用一直启用然后使IGBT保持在翻开的状况。

    监控IGBT的状况以实时查看从主逻辑电路到IGBT自身的PWM指令是不是具有一致性。

    在使用生命周期中进步体系的可测试性,以盯梢体系的潜在毛病。

    分隔施行此类办法不只会明显增加资料清单本钱,并且还会增加驱动板PCB的尺度,这在满意轿车内部的空间限制需求上会发生疑问。

    为完成功用集成与功用叠加,栅极驱动器有必要数字化,至少有些数字化。这个办法能够经过向栅极驱动器增加数字接口完成。至低压首要逻

    辑电路的通讯衔接将用于在体系启动时对器材进行装备,供给每一驱动器在运行时期的状况信息以及触发侵入式体系查看。应留意,通讯衔接并不一定要直接操控

    IGBT的开关行动,但能够视为常规PWM指令的并行通道。鉴于此,规范中速通讯接口,如串联外围设备接口(SPI),会是不错的挑选。

    一些分立式安全功用已散布于体系的各个不一样组件上。在驱动器中集成了领先的IGBT状况监督器和栅极监督器。这样在逆变器作业过程中能够对IGBT状况进行实时监控。例如,经过拓展我们了解的去饱满维护功用,能够对IGBT进行监督。

    一般DESAT维护功用在翻开状况下会对IGBT的Vce电压进行监督。当逾越电压阈值(一般是9V)时,在查看到短路状况

    时,IGBT会主动关断。DESAT的拓展功用能够完成对Vce电压的继续监控。对比器的成果被继续送往低压侧,信息以数字信号的方法供给给低压逻辑电

    路。智能型低压逻辑电路接下来能够将IGBT状况与初始的PWM指令进行对比。需求使用延迟功用与过滤器以抵偿逾越电阻隔妨碍时的IGBT开关时刻和传达

    时刻。

    在栅极驱动器内集成数字通讯通道与栅极监督器的长处

    将在以下章节中进行阐明。

    安全通道布置

    本节供给的安全通道布置示例用于应对“低压电源缺失”的毛病状况。此通道布置选用英飞凌新式栅极驱动器EiceDRIVER?SIL与后驱动单元EiceDRIVER?Boost(图4)

    高压逻辑块接收来自低压侧的操控信号,该信号起着发布进入ASC形式指令的效果。

    该操控信号可经过栅极驱动器数字通道(DIO1/DIO2)越过电阻隔妨碍进行传输。数字通道的低延时(一般是2μs)可保证体系疾速反响。在正常

    作业时期经过数字通道传输的逻辑信号电平应对错默许电平,一般是高电平。低压电源一旦呈现过错,监督EiceDRIVER?SIL5V电源的欠压确定

    (UVLO)功用

    将禁用DIO2信号。

    在完成对DIO2信号的评价以后,高压逻辑电路将判定为ASC信号。该信号与升压器的专用输出端相连后将直接敞开IGBT,不管栅

    极驱动器发送的是何种PWM指令。为避免栅极驱动器(在低压电源缺失状况下栅极驱动器主动会企图关断IGBT)与敞开IGBT的升压器之间流经高穿插电

    流,ASC信号被衔接至栅极驱动器的OSD输出引脚。OSD引脚捕捉到的主动电平使输出单元(即栅极驱动器的输出端OUT)处于高阻抗状况(三态)。

    由直流衔接供给的紧迫电源保证在ASC临界条件下(即在高直流衔接电压、电机高转速下)高压逻辑电路、高压[Lw1]有些低压侧驱

    动器和升压器一直得到有用15V(VCC2)电源的供电。可是,主动ASC形式应仅在直流衔接可供给有用15V电源的状况下由体系启用。不然一旦VCC2

    开始呈现低于临界电压的状况,IGBT将以线性形式作业,这能够形成器材较大损耗并终究能够因过热致使器材损坏。

    为避免这种状况,栅极驱动器的NUV2信号在内部由UVLO2功用直接操控。NUV2的作业原理类似于开漏信号。当有用的15V电

    源电压施加在栅极驱动器上时,NUV2呈现高电阻状况。可是,当施加无效电源时,ASC信号会被主动地驱往低层级。在并联状况下,将查看到OSD引脚,栅

    极驱动器的输出单元将退出三态形式。这样可保证IGBT疾速关断。

    最终,应在使用生命周期中(例如,在体系启动时)定时对安全通道的正常使用进行查看。为此栅极驱动器的栅极监督器功用包含了一组对比器,对比器的状况可由SPI接口读取。接下来能够激活ASC信号进行查验并查看栅极电压是不是到达了准确的阈值。

    定论与概览

    多年来轿车电子体系的整体趋势一直是日益集成化:微操控器的核算功用大幅进步致使硬件功用不断被软件替代;类似地,数字化也推动了功用集成度不断进步,进步了确诊功用。数字栅极驱动器的推出供给一系列新的能够性,能够经过有用方法到达将来逆变器体系的安全方针。

    首要,在栅极驱动器内部集成首要以分立方法发挥效果的各种监控功用,可完成体系优化。其次,经过使用新式微操控器规划能够完成体系

    进一步优化。例如,作为微操控器中的HW拓展型外围设备的智能型IO监督器单元可将IGBT监督器宣布的信号形式与初始的PWM指令(在内部以冗余方法产

    生)进行对比。这样低电压(5V)逻辑能够在体系呈现毛病时灵敏地判别是在低压侧开关仍是在高压侧开关施加0矢量。将各种功用散布在微操控器和栅极驱动器

    可移除在当前规范逆变器中使用的拓展型组件,如FPGA与PLD。

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