车用逆变器结构优化

日期:2019-09-22编辑作者:车型图库

美利坚合作国际商业信贷银行当资源消息二〇〇八年10月16日奥地利共和国(Republik Österreich)海牙音讯——

小车行当掀起了一场本事革命:电动小车 和交集重力汽车正大范围地投产,步入商业化运作。那象征选用新型组织的小车正在大气推出。从电子系统的角度来看,迄今结束用于机动汽车和混合重力小车的技艺首要源自在过去数十年间最先是对准工业使用而付出的各个建设方案。由于汽车行业在买卖上和技术上都有不一样于工业系统的特定供给,因而须要耗费专项使用的减轻方案。

SensorDynamics今日揭橥推出用于小车的管理器材双效应传感器SD755,该传感器在单个产品包装内集成了陀螺仪和加速仪。几个传感器都经过三个集体的SPI接口传输它们的频限信号,那有利于进一步开展管理和使支付时间与系统耗费最小化。作为汽车和制作行当惯性双职能传感器的开路先锋和样子成立者,SensorDynamics已经认知到百货店对可因此AEC-Q100证实、满含监察和控制电路使之在微芯片和模块等第上相对安全可相信的购并传感器的热切须要。另外,使装备数据最小化也带来系统耗费的收缩。对于那多少个将实际道路波折程度和角度锁相相称的车子,SD755非常适合它们香港(Hong Kong)中华电力有限集团子稳固系统的应用。当检查测量试验到距离时,种种车轮将系统地减速以制止车辆打滑。SD755适用于具备平苏荣辱与共的小车或工业应用,以管教高档别的故障安全性。其余,它的风味还包蕴:机械牢固性、布满的热度公差范围和长久的高稳定。

思虑到传动系统,极其是逆变器,xEV 的厂家就要应对三大挑衅:升高能效、裁减本钱以及最终满足作用性安全供给。ISO26262 标准的引进推动了对智能型、高性能和价格的比例电子施工方案的急需。

SD755针对的是高安全标准,特别是在小车领域中。为此所涉及的保有规划艺术都符合IEC 61508正经,是对包含陀螺仪、加快仪和电路在内的整套种类开展到底FMEA(失效情势与影响分析)的结果。该传感器集成了壹个还要监察和控制传感元件和功率信号调度路线的极度电路,假如四个参数高出标准定义的限值,则即时发出警报。该传感器监察和控制40四个参数以保证其完全的安全可靠。

逆变器电子结构

双意义传感器的别的部分产生故障都会被传到达外加一条硬接线线路的SPI接口上的尖端微调控器。通过SPI,能够完结详细的故障剖析以便确认错误源。传感器也能够通过SPI监察和控制微调整器。基于那个设计的优势,SD755在组件品级上达到规定的标准了SIL 2,在系统品级上高达了SIL 3。

图 1 代表了与永磁一并电机 一起用于小车的牵引逆变器的卓越结构。它由多少个敬服部分构成:

SD755现已有售。数量为一千单位/年的定价是在38加元左右。客户可索取评估板。从二〇一〇年五月六日至19日,在美利坚联邦合众国瓦伦西亚举行的Convergence展会面长显得SD755。

• 低压 侧的首要逻辑电路

• 驱动单元

• 与直流电链接相连的 IGBT 功率模块。

使得单元日常由单个 PCB 构成,PCB 的总是应尽量临近功率模块以最大程度裁减 IGBT 栅极数字信号通路中的寄生元件的数目。

图片 1

各类 IGBT 均由栅极驱动器驱动,该驱动器的严重性功用为 :

• 提供低压和高压之间的电绝缘成效。一级的解决方案有赖于感应式、电容式隔开或光学隔断。

• 驱动 IGBT 栅极以使系统达到最高功用。那代表器件应能够提供丰硕大的电流对栅极举行快速充电和放电。为实现这一目标,平日在驱动器和 IGBT 之间设置四驱动单元。

• 提供基本的维护成效,如欠压锁定 成效或去饱和爱惜 成效。

除去上述这一个效率,还对栅极驱动器提出了另外要求以完结安全规范。当中一个重视安全要求分明在出现故障时系统应能够幸免或限制电机在轮子爆发多余的力矩,那样不会合世司机不能够调控车辆的图景。对于非同步电机来讲,此类计谋易于陈设,这是由于系统的平安境况是经过展开装有按钮落成;IGBT 是常态下处于关断状态的组件,由此安全情形是逆变器的默许状态。

对于永磁同步电机 来讲,由于在高转速 下,磁慰勉或然产生过压,因而情状进一步复杂。那会导致逆变器组件受到破坏。 比如基于机械子系统或斩波器的减轻方案,数种方法在工业系统中经过选用注脚其动向,从而限制低于逆变器额定值的过压情形。可是,这几个支持系统会时有发生额外开支,导致这一减轻方案对于车用逆变器而言缺乏实际可用性。

抗故障主动短路 攻略的安顿能够达成系统的安全指标。该计策确定保障在各样独立的故障意况下,逆变器通过短接电机相线可发出 0 矢量。

在这种气象下产生的家常制动转矩不会促成司机不可能调整车辆。

图片 2

为了具备抗故障的鲁棒性,扶助主动短路 的协会有赖于:

• 冗余电源系统(常常由直流电链接提供),该系统确认保证驱动板的有个别重大功效一贯启用从而使 IGBT 保持在开发的景色。

• 监察和控制 IGBT 的景况以实时检查从主逻辑电路到 IGBT 本人的 PWM 命令是还是不是富有一致性。

• 在使用生命周期中抓牢系统的可测量试验性,以追踪系统的机密故障。

分手实行此类措施不唯有会生硬扩充材料清单花费,何况还有恐怕会追加使得板 PCB 的尺码,那在满意小车内部的长空局限供给上会发生难点。

数字驱动器:需求措施

为优化逆变器结构,应推行三种关键方案:

• 效用集成:各样新一代硅技巧都可提高集成品级,意味着分立式功能能够在 ASSP 内集成。在广大汽车系统中均可开掘相关的连年集成措施,非常是在古板的 ECU 上。

• 功效叠加:ASC 战术的试行依附超越电隔开分离障碍传输一类别的实信号。由于栅极驱动器已经松手了电隔开分离功用,因而是在电隔绝通讯通道中对多少个功用扩充叠合的好好选取。

为贯彻效益集成与效果叠合,栅极驱动器必得数字化,至少部分数字化。那一个艺术能够透过向栅极驱动器加多数字接口实现。至低压首要逻辑电路的通讯链接将用来在系统运营时对器件实行配备,提供每一驱动器在运作期间的意况消息以及触发侵入式系统一检查测。应注意,通讯链接并不必要求一贯控制IGBT 的开关行为,但能够算得

常规 PWM 命令的并行通道。鉴于此,标准中速通讯接口,如串联外围设备接口 ,会是情有可原的取舍。

二种层级的确诊成效可选取上述措施集成:

• 栅极驱动器层级:监视振荡器、电源、内部数据完整性等。

• 故障注入层级:注入就算的故障(如虚构的 DESAT 事件),查证系统是不是能对此类事件做出科学反应。

• 随机信号一致性核准层级:通过 SPI 读取栅极驱动器发送和收受到的非时域信号等第。

图3 显示了经优化的逆变器结构。

图片 3

局地分立式安全效能已分布于系统的相继不相同组件上。在驱动器中融为一炉了先进的 IGBT 状态监视器和栅极监视器。那样在逆变器职业进度中得以对 IGBT 状态举办实时监察和控制。比如,通过扩大我们耳濡目染的去饱和掩护效率,能够对 IGBT 举行监视。

平时 DESAT 保养成效在张开状态下会对 IGBT 的 Vce 电压举办蹲点。当超出电压阈值时,在检查实验到过不去情形时,IGBT 会自动关断。DESAT 的扩梁永丰能能够兑现对 Vce 电压的无休止监察和控制。比较器的结果被持续送往低压侧,音信以数字时限信号的花样提必要低压逻辑电路。智能型低压逻辑电路接下去能够

将 IGBT 状态与初阶的 PWM 命令进行相比。必要选取延缓成效与过滤器以补充超过电隔开分离障碍时的 IGBT 按键时间和传播时间。

在栅极驱动器内集成数字通讯通道与栅极监视器的帮助和益处

将要偏下章节中开展求证。

安全通道布署

本节提供的安全通道计划示例用于应对“低压电源缺失”的故障景况。此通道布置采纳英飞凌新型栅极驱动器 EiceDENCOREIVE中华V™SIL 与前驱动单元 EiceD纳瓦拉IVE大切诺基™Boost

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高压逻辑块接收来自低压侧的主宰时域信号,该实信号起着公布步入 ASC 情势命令的效能。该决定连续信号可因而栅极驱动器数字通道 (DIO1 / DIO2) 超越电隔绝障碍实行传输。数字通道的低延时(平常是 2µs)可确定保障系统快速反应。 在正规专门的工作时期通过数字通道传输的逻辑信号电平应是非私下认可电平,平日是高电平。低压电源一旦出现错误,监视 EiceDLX570IVE奥迪Q3™SIL 5V 电源的欠压锁定 作用将禁止使用 DIO2 功率信号。

在做到对 DIO2 能量信号的评估之后,高压逻辑电路将推断为 ASC 非能量信号。该非能量信号与升压器的专项使用输出端相连后将直接展开IGBT,不论栅极驱动器发送的是何种 PWM 命令。为预防栅极驱动器(在低压电源缺点和失误意况下栅极驱动器自动会希图关断 IGBT)与开启 IGBT 的升压器之间流经高交叉电流,ASC 非数字信号被接连至栅极驱动器的 OSD 输出引脚。OSD 引脚捕捉到的主动电平使出口单元(即栅极驱动器的输出端 OUT)处于高阻抗状态。

由直流电链接提供的迫切电源确认保障在 ASC 临界条件下(即在高直流电链接电压、电机高转速下)高压逻辑电路、高压[Lw1]局地低压侧驱动器和升压器始终得到管用 15V 电源的供电。可是,主动 ASC 方式应仅在直流电链接可提供有效 15V 电源的图景下由系统启用。否则若是 VCC2 开始出现低于临界电压的情形,IGBT 将以线性情势专业,那也许产生器件一点都不小损耗并最后恐怕因过热导致器件损坏。

为制止这种情景,栅极驱动器的 NUV2 非确定性信号在里边由 UVLO2 功用一向决定。NUV2 的专门的学业规律类似于开漏非信号。当有效的15V 电源电压施加在栅极驱动器上时, NUV2 表现高电阻状态。可是,当施加无效电源时,ASC 时域信号会被主动地驱往低层级。在并联状态下,将检查测量检验到 OSD 引脚,栅极驱动器的出口单元将退出三态格局。这样可有限支撑 IGBT 急迅关断。

最后,应在选取生命周期中(举个例子,在系统运转时)按期对酒泉通道的正规使用举行检查评定。为此栅极驱动器的栅极监视器作用富含了一组比较器,相比器的情状可由 SPI 接口读取。接下来可以激活 ASC 实信号进行验证并检查栅极电压是或不是到达了科学的阈值。

结论与大概浏览

多年来小车电子系统的总体趋势始终是逐步集成化:微调整器的持筹握算质量小幅度提升导致硬件成效不断被软件替代;类似地,数字化也许有利于了效劳集成度不断加强,升高了会诊效能。数字栅极驱动器的生产提供一雨后冬笋新的也许,可以透过有效措施达成今后逆变器系统的安全目的。

首先,在栅极驱动器内部集成首要以分立情势发挥效能的各样监督功效,可完毕系统优化。其次,通过利用最新微调整器设计能够兑现系统进一步优化。举例,作为微调整器中的 HW 扩充型外围设备的智能型 IO 监视器单元可将 IGBT 监视器发出的频域信号方式与最初的 PWM 命令(在里边以冗余格局产生)实行相比。那样低电压 逻辑能够在系统出现故障时灵活地判定是在低压侧开关依旧在高压侧按键施加 0 矢量。将各类功用布满在微调整器和栅极驱动器可移除在当前规范逆变器中利用的扩张型组件,如 FPGA 与 PLD。

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