3 支持牽引逆變器的關鍵技術

牽引逆變器需要隔離技術、在低壓域上實現的技術以及在高壓域上實現的技術。隔離式柵極驅動器、數字隔離器、隔離式模數轉換器和固態繼電器中采用的 TI 電容隔離技術，可在使用二氧化硅作為電介質的電容電路中整合增強型信號隔離。圖 3-1 顯示了牽引逆變器系統示例。隔離柵（紅色虛線）將低壓域和高壓域隔開。

在低壓域中，微控制器 (MCU) 向電源開關生成脈寬調制 (PWM) 信號。MCU 在閉環中運行感應和速度控制，并處理主機功能以滿足強制的硬件和軟件安全以及安全代碼執行要求。此外，實施安全電源樹可防止 MCU 和關鍵電源軌斷電。連接到 12V 汽車電池的電源管理集成電路 (PMIC) 或系統基礎芯片為 MCU 供電。MCU 與旋轉變壓器或霍爾效應傳感器的模擬前端相連。

高壓域中的主要功能包括：

• 電源開關 – 通常基于碳化硅 (SiC) 或絕緣柵雙極晶體管 (IGBT) 的電源模塊，這些模塊由具有保護和監控功能的隔離式柵極驅動器控制
• 隔離式柵極驅動器 - 允許數據和電力在高壓和低壓單元之間傳輸，同時可以防止任何危險的直流電或不受控制的瞬態電流從高壓域中流出
• 偏置電源 – 電隔離電源，從低壓側獲取輸入并向電源開關生成柵極驅動電壓
• 隔離式電壓和電流檢測 – 用以檢測直流鏈路電壓和電機相電流，并確保向電機施加正確的扭矩
• 有源放電 – 將直流總線電容器電壓放電至安全電壓。對于能夠產生反電動勢 (EMF) 的電機類型，需要進行有源放電。聯合國歐洲經濟委員會第 94 號聯合國條例要求直流總線電容器電壓在 5 秒內降至安全電壓 (60V)。此外，還包含診斷電路，用于對關鍵功能執行自檢，以防止系統失效。

逆變器控制和安全方案也因車輛類型而異。例如，可以使用永磁同步電機 (PMSM)，因為 PMSM 具有高效率、低扭矩紋波和寬速度范圍。PMSM 通常使用空間矢量 PWM 控制，也稱為場定向控制。通過控制定子電流來產生垂直于轉子磁性元件的定子矢量，從而產生轉矩。更新定子電流會使定子磁通矢量始終與轉子磁體保持 90 度。PHEV 和 BEV 中的其他常用電機類型包括感應電機、外部勵磁同步機器和開關磁阻機器。

為了減少使用昂貴的稀土永磁材料，外部勵磁同步電機 (EESM) 不僅作為輔助軸，而且作為車輛的主軸動器，采用率不斷增長。使用這種電機的目的是降低成本 - 例如，100kW 峰值功率需要大約 1.5kg 的磁體，并減少制造和維護工作量。EESM 機器類型包括導電 EESM 和電感 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 等等。