3 實現(xiàn)牽引逆變器的關(guān)鍵技術(shù)

牽引逆變器需要隔離技術(shù)、在低電壓域中採用的技術(shù)，以及在高電壓域中採用的技術(shù)。TI 在絕緣式閘極驅(qū)動器、數(shù)位隔離器、隔離式類比轉(zhuǎn)數(shù)位轉(zhuǎn)換器及固態(tài)繼電器中採用的電容隔離技術(shù)，將強化訊號隔離整合在電容電路中，並以二氧化矽作為介電質(zhì)。圖 3-1 說明牽引逆變器系統(tǒng)的範(fàn)例。隔離層 (紅色虛線) 將低電壓域及高電壓域分隔。

在低電壓域中，微控制器 (MCU) 會產(chǎn)生脈衝寬度調(diào)變 (PWM) 訊號至電源開關(guān)。MCU 會在封閉迴路中執(zhí)行感測和速度控制，並處理主機功能以滿足強制性硬體和軟體安全性及安全程式碼執(zhí)行的要求。此外，執(zhí)行安全電源樹狀結(jié)構(gòu)可防止 MCU 和重要電源軌斷電。連接至 12-V 汽車電池的電源管理積體電路 (PMIC) 或系統(tǒng)晶片可為 MCU 供電。MCU 會與解析器或霍爾效應(yīng)感測器的類比前端介接。

高電壓域中的主要功能包括：

• 電源開關(guān) – 通常為碳化矽 (SiC) 或絕緣閘極雙極電晶體 (IGBT) 型電源模組，由具備保護和監(jiān)控功能的絕緣式閘極驅(qū)動器控制
• 絕緣式閘極驅(qū)動器 – 允許在高電壓與低電壓單元間進行資料與電源傳輸?shù)母綦x裝置，同時防止來自高電壓域的危險 DC 或未受控制暫態(tài)電流流動
• 偏壓電源 – 一種電氣隔離的電源供應(yīng)器，可從低電壓側(cè)取得輸入並產(chǎn)生閘極驅(qū)動電壓至電源開關(guān)
• 隔離式電壓及電流感測 – 感測 DC 鏈路電壓及馬達相位電流，並確保在馬達上施加正確扭力
• 主動放電 – 將 DC 匯流排電容器電壓放電至安全電壓。可產(chǎn)生反電動勢 (EMF) 的馬達類型需要主動放電。聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟委員會第 94 號條例規(guī)定 DC 匯流排電容器電壓降至安全電壓 (60 V) 的時間不得超過 5 秒。此外也需包含診斷電路對重要功能執(zhí)行自檢，以防止系統(tǒng)故障。

逆變器控制和安全方案也會因車輛類型而異。例如永磁同步馬達 (PMSM) 具有高效、低扭矩漣波和大速度範(fàn)圍，因此可加以運用。PMSM 通常使用空間向量 PWM 控制，又稱爲(wèi)磁場定向控制。以與轉(zhuǎn)子磁性垂直的定子向量方式控制定子電流將會產(chǎn)生扭力。更新定子電流會使定子通量向量一直保持在與轉(zhuǎn)子磁鐵呈 90 度的位置。PHEV 和 BEV 中其他常見的馬達類型包括感應(yīng)馬達、外激式同步機及切換式磁阻機。

爲(wèi)了減少昂貴的稀土材料永久磁鐵，外激式同步馬達 (EESM) 的使用逐漸增加，不僅可做爲(wèi)車輛副軸，也可用作主軸移動裝置使用。使用此馬達的目標(biāo)是降低成本 (例如 100-kW 的峰值功率約需 1.5 kg 磁鐵)，及減少製造與維護的工作量。EESM 機器類型包括傳導(dǎo)性 EESM 和感應(yīng)式 EESM (iEESM)。使用 EESM 的商用車輛包括 Toyota Prius、Chevrolet Bolt EV、Ford Focus Electric、VW e-Golf、BMW iX3 等。