通過放大牽引逆變器系統(tǒng)，可以發(fā)現(xiàn)多個(gè)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(cè)元件、高壓 (HV) 電池、直流鏈路電容器、檢測(cè)塊、各種保護(hù)和監(jiān)測(cè)電路以及信號(hào)隔離，如圖 2-4 所示。大功率開關(guān)是逆變器中的關(guān)鍵元件，因?yàn)樗鼈兛刂屏飨螂姍C(jī)的電流以產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。因此，通過在整個(gè)運(yùn)行過程中檢測(cè)開關(guān)的溫度、電壓和電流來對(duì)其監(jiān)控和保護(hù)。這些開關(guān)通過 MCU 和逆變器橋臂的高側(cè) (HS) 和低側(cè) (LS) 隔離式柵極驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行控制。PWM 信號(hào)通常使用空間矢量調(diào)制 (SVM) 方案生成。當(dāng)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，電壓、電流和位置信號(hào)會(huì)被檢測(cè)并反饋給控制器以修改逆變器的調(diào)制。其中一種反饋方法是場(chǎng)定向控制 (FOC)，它使用兩相電流和位置來生成適當(dāng)?shù)恼{(diào)制矢量。為了實(shí)現(xiàn)高效的電機(jī)控制，需要良好的調(diào)制方案、快速反饋和精確檢測(cè)的信號(hào)。

圖 2-4 高壓牽引逆變器方框圖

詳細(xì)了解一下逆變器（如圖 2-5 所示），它總共六個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)管器件，這些器件共用一個(gè)柵極驅(qū)動(dòng)器來放大來自 MCU 的 PWM 信號(hào)。逆變器的三個(gè)橋臂將直流電池電壓轉(zhuǎn)換為三相交流電壓和電流以驅(qū)動(dòng)電機(jī)。兩個(gè)電流測(cè)量值和一個(gè)位置測(cè)量值被反饋至 MCU 用于 FOC，該 MCU 利用數(shù)學(xué)變換為六個(gè)開關(guān)生成適當(dāng)?shù)男盘?hào)來控制 A、B 和 C 相的輸出電壓。

圖 2-5 使用 IGBT 的三相兩級(jí)逆變器

在矢量調(diào)制中，共有八個(gè)狀態(tài)，其中兩個(gè)是零矢量，其余是有源矢量，用于向電機(jī)施加必要的電壓以產(chǎn)生適量的扭矩。表 2-1 顯示了開關(guān)對(duì) S1 和 S6、S3 和 S4 以及 S5 和 S2 的互補(bǔ)狀態(tài)。

有多種實(shí)現(xiàn) SVM 的方法。SVM 方法之間的權(quán)衡包括降低開關(guān)損耗、更大程度利用總線電壓、降低諧波含量同時(shí)仍實(shí)現(xiàn)精確控制。其中一種方法是七段 SVM，這有利于產(chǎn)生具有低諧波的電壓波形，從而減少驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)的失真。門控序列如圖 2-6 所示。由于 MCU 控制錯(cuò)誤而產(chǎn)生的單個(gè)跳過或額外柵極信號(hào)或由于失效而導(dǎo)致的柵極驅(qū)動(dòng)器鎖存輸出可能會(huì)導(dǎo)致逆變器輸出失真。相腳中互補(bǔ)開關(guān)的重疊可能會(huì)導(dǎo)致?lián)舸?，因此必須始終避免這種情況。如圖所示，電機(jī)的換向取決于非常特定的門控序列。因此，很難在一次關(guān)斷柵極驅(qū)動(dòng)器失效的情況下意外地對(duì)電機(jī)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(qū)動(dòng)系統(tǒng)還包括具有保護(hù)和監(jiān)控功能的柵極驅(qū)動(dòng)器，以保護(hù)開關(guān)管。以下部分討論了系統(tǒng)內(nèi)的各種失效對(duì)牽引逆變器系統(tǒng)的影響，以及如何使用柵極驅(qū)動(dòng)器和周邊電路來提高系統(tǒng)的可靠性。