车用逆变器结构优化 助力电动汽车普及

将在以下章节中进行说明。

安全通道部署

本节提供的安全通道部署示例用于应对“低压电源缺失”的故障情况。此通道部署采用英飞凌新型栅极驱动器 EiceDRIVER™SIL 与后驱动单元 EiceDRIVER™Boost (图 4)

高压逻辑块接收来自低压侧的控制信号，该信号起着发布进入 ASC 模式命令的作用。该控制信号可通过栅极驱动器数字通道 (DIO1 / DIO2) 越过电隔离障碍进行传输。数字通道的低延时(通常是 2µs)可确保系统快速反应。 在正常工作期间通过数字通道传输的逻辑信号电平应是非默认电平，通常是高电平。低压电源一旦出现错误，监视 EiceDRIVER™SIL 5V 电源的欠压锁定 (UVLO) 功能

将禁用 DIO2 信号。

在完成对 DIO2 信号的评估之后，高压逻辑电路将判定为 ASC 信号。该信号与升压器的专用输出端相连后将直接开启 IGBT，不论栅极驱动器发送的是何种 PWM 命令。为防止栅极驱动器(在低压电源缺失情况下栅极驱动器自动会试图关断 IGBT)与开启 IGBT 的升压器之间流经高交叉电流，ASC 信号被连接至栅极驱动器的 OSD 输出引脚。OSD 引脚捕捉到的主动电平使输出单元(即栅极驱动器的输出端 OUT)处于高阻抗状态(三态)。

由直流链接提供的紧急电源确保在 ASC 临界条件下(即在高直流链接电压、电机高转速下)高压逻辑电路、高压[Lw1]部分低压侧驱动器和升压器始终得到有效 15V (VCC2) 电源的供电。但是，主动 ASC 模式应仅在直流链接可提供有效 15V 电源的情况下由系统启用。否则一旦 VCC2 开始出现低于临界电压的情况，IGBT 将以线性模式工作，这可能造成器件较大损耗并最终可能因过热导致器件损坏。

为避免这种情况，栅极驱动器的 NUV2 信号在内部由 UVLO2 功能直接控制。NUV2 的工作原理类似于开漏信号。当有效的15V 电源电压施加在栅极驱动器上时， NUV2 呈现高电阻状态。但是，当施加无效电源时，ASC 信号会被主动地驱往低层级。在并联状态下，将检测到 OSD 引脚，栅极驱动器的输出单元将退出三态模式。这样可确保 IGBT 快速关断。

最后，应在应用生命周期中(例如，在系统启动时)定期对安全通道的正常使用进行检测。为此栅极驱动器的栅极监视器功能包含了一组比较器，比较器的状态可由 SPI 接口读取。接下来可以激活 ASC 信号进行检验并检查栅极电压是否达到了正确的阈值。

结论与概览

多年来汽车电子系统的总体趋势始终是日益集成化：微控制器的计算性能大幅提高导致硬件功能不断被软件取代;类似地，数字化也推动了功能集成度不断提高，提升了诊断功能。数字栅极驱动器的推出提供一系列新的可能性，可以通过有效方式达到未来逆变器系统的安全目标。

首先，在栅极驱动器内部集成主要以分立形式发挥作用的各种监控功能，可实现系统优化。其次，通过利用新式微控制器设计可以实现系统进一步优化。例如，作为微控制器中的 HW 扩展型外围设备的智能型 IO 监视器单元可将 IGBT 监视器发出的信号模式与初始的 PWM 命令(在内部以冗余方式产生)进行比较。这样低电压 (5V) 逻辑可以在系统出现故障时灵活地判断是在低压侧开关还是在高压侧开关施加 0 矢量。将各种功能分布在微控制器和栅极驱动器可移除在目前标准逆变器中使用的扩展型组件，如 FPGA 与 PLD。