通過放大牽引逆變器系統，可以發現多個塊，包括電源管理 IC (PMIC) 和微控制器 (MCU)、高功率 IGBT 或 SiC MOSFET 電源模塊及其溫度檢測元件、高壓 (HV) 電池、直流鏈路電容器、檢測塊、各種保護和監測電路以及信號隔離，如圖 2-4 所示。大功率開關是逆變器中的關鍵元件，因為它們控制流向電機的電流以產生運動。因此，通過在整個運行過程中檢測開關的溫度、電壓和電流來對其監控和保護。這些開關通過 MCU 和逆變器橋臂的高側 (HS) 和低側 (LS) 隔離式柵極驅動器進行控制。PWM 信號通常使用空間矢量調制 (SVM) 方案生成。當電機運行時，電壓、電流和位置信號會被檢測并反饋給控制器以修改逆變器的調制。其中一種反饋方法是場定向控制 (FOC)，它使用兩相電流和位置來生成適當的調制矢量。為了實現高效的電機控制，需要良好的調制方案、快速反饋和精確檢測的信號。

圖 2-4 高壓牽引逆變器方框圖

詳細了解一下逆變器（如圖 2-5 所示），它總共六個半導體開關管器件，這些器件共用一個柵極驅動器來放大來自 MCU 的 PWM 信號。逆變器的三個橋臂將直流電池電壓轉換為三相交流電壓和電流以驅動電機。兩個電流測量值和一個位置測量值被反饋至 MCU 用于 FOC，該 MCU 利用數學變換為六個開關生成適當的信號來控制 A、B 和 C 相的輸出電壓。

圖 2-5 使用 IGBT 的三相兩級逆變器

在矢量調制中，共有八個狀態，其中兩個是零矢量，其余是有源矢量，用于向電機施加必要的電壓以產生適量的扭矩。表 2-1 顯示了開關對 S1 和 S6、S3 和 S4 以及 S5 和 S2 的互補狀態。

有多種實現 SVM 的方法。SVM 方法之間的權衡包括降低開關損耗、更大程度利用總線電壓、降低諧波含量同時仍實現精確控制。其中一種方法是七段 SVM，這有利于產生具有低諧波的電壓波形，從而減少驅動電機時的失真。門控序列如圖 2-6 所示。由于 MCU 控制錯誤而產生的單個跳過或額外柵極信號或由于失效而導致的柵極驅動器鎖存輸出可能會導致逆變器輸出失真。相腳中互補開關的重疊可能會導致擊穿，因此必須始終避免這種情況。如圖所示，電機的換向取決于非常特定的門控序列。因此，很難在一次關斷柵極驅動器失效的情況下意外地對電機換向。

圖 2-6 七段 SVM

除了由 MCU 生成的有效門控序列外，智能驅動系統還包括具有保護和監控功能的柵極驅動器，以保護開關管。以下部分討論了系統內的各種失效對牽引逆變器系統的影響，以及如何使用柵極驅動器和周邊電路來提高系統的可靠性。