3 支持牽引逆變器的關(guān)鍵技術(shù)

牽引逆變器需要隔離技術(shù)、在低壓域上實現(xiàn)的技術(shù)以及在高壓域上實現(xiàn)的技術(shù)。隔離式柵極驅(qū)動器、數(shù)字隔離器、隔離式模數(shù)轉(zhuǎn)換器和固態(tài)繼電器中采用的 TI 電容隔離技術(shù)，可在使用二氧化硅作為電介質(zhì)的電容電路中整合增強(qiáng)型信號隔離。圖 3-1 顯示了牽引逆變器系統(tǒng)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(guān)生成脈寬調(diào)制 (PWM) 信號。MCU 在閉環(huán)中運(yùn)行感應(yīng)和速度控制，并處理主機(jī)功能以滿足強(qiáng)制的硬件和軟件安全以及安全代碼執(zhí)行要求。此外，實施安全電源樹可防止 MCU 和關(guān)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(tǒng)基礎(chǔ)芯片為 MCU 供電。MCU 與旋轉(zhuǎn)變壓器或霍爾效應(yīng)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(guān) – 通?；谔蓟?(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(hù)和監(jiān)控功能的隔離式柵極驅(qū)動器控制
• 隔離式柵極驅(qū)動器 - 允許數(shù)據(jù)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(tài)電流從高壓域中流出
• 偏置電源 – 電隔離電源，從低壓側(cè)獲取輸入并向電源開關(guān)生成柵極驅(qū)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(jī)相電流，并確保向電機(jī)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(chǎn)生反電動勢 (EMF) 的電機(jī)類型，需要進(jìn)行有源放電。聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟(jì)委員會第 94 號聯(lián)合國條例要求直流總線電容器電壓在 5 秒內(nèi)降至安全電壓 (60V)。此外，還包含診斷電路，用于對關(guān)鍵功能執(zhí)行自檢，以防止系統(tǒng)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(jī) (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(chǎn)生垂直于轉(zhuǎn)子磁性元件的定子矢量，從而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。更新定子電流會使定子磁通矢量始終與轉(zhuǎn)子磁體保持 90 度。PHEV 和 BEV 中的其他常用電機(jī)類型包括感應(yīng)電機(jī)、外部勵磁同步機(jī)器和開關(guān)磁阻機(jī)器。

為了減少使用昂貴的稀土永磁材料，外部勵磁同步電機(jī) (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(jī)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(hù)工作量。EESM 機(jī)器類型包括導(dǎo)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。