汽車行業(yè)掀起了一場技術(shù)變革：電動(dòng)汽車 (EV) 和混合動(dòng)力汽車 (HEV) 正大規(guī)模地投產(chǎn)，進(jìn)入商業(yè)化運(yùn)作。這意味著采用新型結(jié)構(gòu)的汽車正在大量推出。從電子系統(tǒng)的角度來看，迄今為止用于電動(dòng)汽車 (EV) 和混合動(dòng)力汽車 (HEV) 的技術(shù)主要源自在過去數(shù)十年間最初是針對工業(yè)應(yīng)用而開發(fā)的各種解決方案。由于汽車行業(yè)在商業(yè)上和技術(shù)上都有不同于工業(yè)系統(tǒng)的特定要求，因此需要開發(fā)專用的解決方案。

　　考慮到傳動(dòng)系統(tǒng)，特別是逆變器，xEV 的廠商將要應(yīng)對三大挑戰(zhàn)：提高能效、降低成本以及最終滿足功能性安全要求。ISO26262 標(biāo)準(zhǔn)的引入推動(dòng)了對智能型、高性價(jià)比電子解決方案的需求。

　　逆變器電子結(jié)構(gòu)

　　圖 1 代表了與永磁同步電機(jī) (PMSM) 一起用于汽車的牽引逆變器的典型結(jié)構(gòu)。它由三個(gè)主要部分構(gòu)成：

　　• 低壓 (LV) 側(cè)的主要邏輯電路

　　• 驅(qū)動(dòng)單元

　　• 與直流鏈接相連的 IGBT 功率模塊。

　　驅(qū)動(dòng)單元通常由單個(gè) PCB 構(gòu)成，PCB 的連接應(yīng)盡可能靠近功率模塊以最大程度降低 IGBT 柵極信號通路中的寄生元件的數(shù)量。

　　每個(gè) IGBT 均由柵極驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)，該驅(qū)動(dòng)器的主要功能為 ：

　　• 提供低壓和高壓之間的電絕緣功能。一流的解決方案有賴于感應(yīng)式、電容式隔離或光學(xué)隔離。

　　• 驅(qū)動(dòng) IGBT 柵極以使系統(tǒng)達(dá)到最高效率。這意味著器件應(yīng)能夠提供足夠大的電流對柵極進(jìn)行快速充電和放電。為達(dá)到這一目的，經(jīng)常在驅(qū)動(dòng)器和 IGBT 之間設(shè)置后驅(qū)動(dòng)單元(或升壓單元)。

　　• 提供基本的保護(hù)功能，如欠壓鎖定 (UVLO) 功能或去飽和保護(hù) (DESAT) 功能。

　　除了上述這些功能，還對柵極驅(qū)動(dòng)器提出了其他要求以達(dá)到安全標(biāo)準(zhǔn)。其中一個(gè)主要安全要求規(guī)定在出現(xiàn)故障時(shí)系統(tǒng)應(yīng)可以防止或限制電機(jī)在車輪產(chǎn)生多余的力矩，這樣不會(huì)出現(xiàn)司機(jī)無法控制車輛的情況。對于非同步電機(jī)來說，此類策略(相對)易于部署，這是由于系統(tǒng)的安全狀態(tài)是通過打開所有開關(guān)實(shí)現(xiàn)；IGBT 是常態(tài)下處于關(guān)斷狀態(tài)的器件，因此安全狀態(tài)是逆變器的默認(rèn)狀態(tài)。

　　對于永磁同步電機(jī) (PMSM)來說，由于在高轉(zhuǎn)速 (RPM) 下，磁激勵(lì)可能導(dǎo)致過壓，因此情況更為復(fù)雜。這會(huì)導(dǎo)致逆變器組件受到破壞。 例如基于機(jī)械子系統(tǒng)或斬波器的解決方案，數(shù)種方法在工業(yè)系統(tǒng)中通過應(yīng)用證明其可行性，從而限制低于逆變器額定值的過壓情況。但是，這些支持系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生額外成本，導(dǎo)致這一解決方案對于車用逆變器而言缺乏實(shí)際可用性。

　　抗故障主動(dòng)短路 (ASC) 策略的部署可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的安全目標(biāo)。該策略確保在每個(gè)單獨(dú)的故障情況下，逆變器通過短接電機(jī)相線可產(chǎn)生 0 矢量(或稱為主動(dòng)短路)。

　　在這種狀態(tài)下產(chǎn)生的普通制動(dòng)轉(zhuǎn)矩不會(huì)導(dǎo)致司機(jī)無法控制車輛。