車用逆變器結構優(yōu)化 助力電動汽車普及

將在以下章節(jié)中進行說明。

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動器 EiceDRIVER™SIL 與后驅動單元 EiceDRIVER™Boost (圖 4)

高壓邏輯塊接收來自低壓側的控制信號，該信號起著發(fā)布進入 ASC 模式命令的作用。該控制信號可通過柵極驅動器數(shù)字通道 (DIO1 / DIO2) 越過電隔離障礙進行傳輸。數(shù)字通道的低延時(通常是 2µs)可確保系統(tǒng)快速反應。 在正常工作期間通過數(shù)字通道傳輸?shù)倪壿嬓盘栯娖綉欠悄J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，不論柵極驅動器發(fā)送的是何種 PWM 命令。為防止柵極驅動器(在低壓電源缺失情況下柵極驅動器自動會試圖關斷 IGBT)與開啟 IGBT 的升壓器之間流經高交叉電流，ASC 信號被連接至柵極驅動器的 OSD 輸出引腳。OSD 引腳捕捉到的主動電平使輸出單元(即柵極驅動器的輸出端 OUT)處于高阻抗狀態(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、電機高轉速下)高壓邏輯電路、高壓[Lw1]部分低壓側驅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致器件損壞。

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

最后，應在應用生命周期中(例如，在系統(tǒng)啟動時)定期對安全通道的正常使用進行檢測。為此柵極驅動器的柵極監(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 信號進行檢驗并檢查柵極電壓是否達到了正確的閾值。

結論與概覽

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)字柵極驅動器的推出提供一系列新的可能性，可以通過有效方式達到未來逆變器系統(tǒng)的安全目標。

首先，在柵極驅動器內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計可以實現(xiàn)系統(tǒng)進一步優(yōu)化。例如，作為微控制器中的 HW 擴展型外圍設備的智能型 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(在內部以冗余方式產生)進行比較。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開關還是在高壓側開關施加 0 矢量。將各種功能分布在微控制器和柵極驅動器可移除在目前標準逆變器中使用的擴展型組件，如 FPGA 與 PLD。