車用逆變器結(jié)構(gòu)優(yōu)化 助力電動汽車普及

將在以下章節(jié)中進(jìn)行說明。

安全通道部署

本節(jié)提供的安全通道部署示例用于應(yīng)對“低壓電源缺失”的故障情況。此通道部署采用英飛凌新型柵極驅(qū)動器 EiceDRIVER™SIL 與后驅(qū)動單元 EiceDRIVER™Boost (圖 4)

高壓邏輯塊接收來自低壓側(cè)的控制信號，該信號起著發(fā)布進(jìn)入 ASC 模式命令的作用。該控制信號可通過柵極驅(qū)動器數(shù)字通道 (DIO1 / DIO2) 越過電隔離障礙進(jìn)行傳輸。數(shù)字通道的低延時(通常是 2µs)可確保系統(tǒng)快速反應(yīng)。 在正常工作期間通過數(shù)字通道傳輸?shù)倪壿嬓盘栯娖綉?yīng)是非默認(rèn)電平，通常是高電平。低壓電源一旦出現(xiàn)錯誤，監(jiān)視 EiceDRIVER™SIL 5V 電源的欠壓鎖定 (UVLO) 功能

將禁用 DIO2 信號。

在完成對 DIO2 信號的評估之后，高壓邏輯電路將判定為 ASC 信號。該信號與升壓器的專用輸出端相連后將直接開啟 IGBT，不論柵極驅(qū)動器發(fā)送的是何種 PWM 命令。為防止柵極驅(qū)動器(在低壓電源缺失情況下柵極驅(qū)動器自動會試圖關(guān)斷 IGBT)與開啟 IGBT 的升壓器之間流經(jīng)高交叉電流，ASC 信號被連接至柵極驅(qū)動器的 OSD 輸出引腳。OSD 引腳捕捉到的主動電平使輸出單元(即柵極驅(qū)動器的輸出端 OUT)處于高阻抗?fàn)顟B(tài)(三態(tài))。

由直流鏈接提供的緊急電源確保在 ASC 臨界條件下(即在高直流鏈接電壓、電機(jī)高轉(zhuǎn)速下)高壓邏輯電路、高壓[Lw1]部分低壓側(cè)驅(qū)動器和升壓器始終得到有效 15V (VCC2) 電源的供電。但是，主動 ASC 模式應(yīng)僅在直流鏈接可提供有效 15V 電源的情況下由系統(tǒng)啟用。否則一旦 VCC2 開始出現(xiàn)低于臨界電壓的情況，IGBT 將以線性模式工作，這可能造成器件較大損耗并最終可能因過熱導(dǎo)致器件損壞。

為避免這種情況，柵極驅(qū)動器的 NUV2 信號在內(nèi)部由 UVLO2 功能直接控制。NUV2 的工作原理類似于開漏信號。當(dāng)有效的15V 電源電壓施加在柵極驅(qū)動器上時， NUV2 呈現(xiàn)高電阻狀態(tài)。但是，當(dāng)施加無效電源時，ASC 信號會被主動地驅(qū)往低層級。在并聯(lián)狀態(tài)下，將檢測到 OSD 引腳，柵極驅(qū)動器的輸出單元將退出三態(tài)模式。這樣可確保 IGBT 快速關(guān)斷。

最后，應(yīng)在應(yīng)用生命周期中(例如，在系統(tǒng)啟動時)定期對安全通道的正常使用進(jìn)行檢測。為此柵極驅(qū)動器的柵極監(jiān)視器功能包含了一組比較器，比較器的狀態(tài)可由 SPI 接口讀取。接下來可以激活 ASC 信號進(jìn)行檢驗并檢查柵極電壓是否達(dá)到了正確的閾值。

結(jié)論與概覽

多年來汽車電子系統(tǒng)的總體趨勢始終是日益集成化：微控制器的計算性能大幅提高導(dǎo)致硬件功能不斷被軟件取代;類似地，數(shù)字化也推動了功能集成度不斷提高，提升了診斷功能。數(shù)字柵極驅(qū)動器的推出提供一系列新的可能性，可以通過有效方式達(dá)到未來逆變器系統(tǒng)的安全目標(biāo)。

首先，在柵極驅(qū)動器內(nèi)部集成主要以分立形式發(fā)揮作用的各種監(jiān)控功能，可實現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化。其次，通過利用新式微控制器設(shè)計可以實現(xiàn)系統(tǒng)進(jìn)一步優(yōu)化。例如，作為微控制器中的 HW 擴(kuò)展型外圍設(shè)備的智能型 IO 監(jiān)視器單元可將 IGBT 監(jiān)視器發(fā)出的信號模式與初始的 PWM 命令(在內(nèi)部以冗余方式產(chǎn)生)進(jìn)行比較。這樣低電壓 (5V) 邏輯可以在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時靈活地判斷是在低壓側(cè)開關(guān)還是在高壓側(cè)開關(guān)施加 0 矢量。將各種功能分布在微控制器和柵極驅(qū)動器可移除在目前標(biāo)準(zhǔn)逆變器中使用的擴(kuò)展型組件，如 FPGA 與 PLD。