1、Technical White Paper具有卓越性能的具有卓越性能的电动汽车牵引逆变器设计优先事项电动汽车牵引逆变器设计优先事项Xun GongSystems Manager,HEV/EV Traction Inverter摘要摘要本技术白皮书探讨了牵引逆变器的主要系统趋势、架构和技术。此外，还介绍了用于启用牵引逆变器的器件和技术，包括隔离、高压域和低压域技术。最后，本文档重点介绍系统工程概念和设计，以缩短牵引逆变器的设计时间。白色白色内容内容1 引言引言.22 架构和趋势架构和趋势.33 支持牵引逆变器的关键技术支持牵引逆变器的关键技术.44 微控制器微控制器.54.1 Sitara 系列

2、.54.2 实时控制 MCU.65 隔离式栅极驱动器隔离式栅极驱动器.76 低压偏置电源低压偏置电源.97 高压偏置冗余电源高压偏置冗余电源.108 直流链路有源放电直流链路有源放电.109 转子位置感应转子位置感应.1110 隔离式电压和电流检测隔离式电压和电流检测.1211 系统工程和参考设计系统工程和参考设计.1212 结论结论.1313 参考文献参考文献.13插图清单插图清单图 2-1.三级 T 型逆变器.3图 3-1.牵引逆变器系统方框图.4图 4-1.采用 AM2634-Q1 的牵引逆变器系统方框图.5图 4-2.牵引逆变器控制的 TMU 改进.6图 5-1.UCC5870-Q1

3、栅极驱动强度.7图 5-2.竞争器件栅极驱动强度.7图 5-3.具有可调节栅极驱动实现的 UCC5870-Q1 设计图.8图 5-4.具有可调节栅极驱动实现的 UCC5870-Q1 设计板.8图 5-5.使用 5.5 栅极电阻器的弱驱动.8图 5-6.使用 0.5 栅极电阻器的强驱动.8图 6-1.UCC14240-Q1 EVM 板.9图 8-1.基于智能 AFE 的直流链路有源放电.10图 8-2.测试波形.10表格清单表格清单表 5-1.400V 总线电压下的开关能量比较.8表 5-2.800V 总线电压下的开关能量比较目录ZHCABS8 SEPTEMBER 2022Submit Docu

4、ment Feedback具有卓越性能的电动汽车牵引逆变器设计优先事项1English Document:SPRAD58Copyright 2022 Texas Instruments Incorporated商标商标C2000,Code Composer Studio,and LaunchPad are trademarks of Texas Instruments.Arm and Cortex are registered trademarks of Arm Limited.所有商标均为其各自所有者的财产。1 引言引言牵引逆变器是电动汽车(EV)传动系统的核心。因此，逆变器在提高全球电动汽

5、车的采用率方面发挥着至关重要的作用。牵引电机通过将电池或发电机的直流电源转换为交流电源来提供出色的扭矩和加速度，从而为永磁机器(PMSM)、感应电机(IM)、外部励磁同步电机(EESM)和开关磁阻电机(SRM)等牵引驱动电机供电。牵引逆变器还转换电机的回收能量，并在车辆滑行或制动时对电池充电。在测量牵引逆变器的性能时，需要考虑几个关键的设计优先事项和权衡：功能安全和信息安全 功能安全设计通常遵循 ISO 26262 或电子安全车辆入侵保护应用流程，其中包括安全诊断；系统级失效模式和影响分析；失效模式、影响和诊断分析以及硬件安全模块(HSM)。重量和功率密度 宽带隙开关和动力总成集成是实现高功率

6、密度逆变器设计的关键技术。例如，OEM 的逆变器功率密度目标是到 2025 年，在美国市场中达到 100kW/L。使用 SiC 可实现 800V 直流总线电压、降低额定电流和减少线束。具有快速控制环路的 MCU 支持使用高速、更轻的电机和动力总成集成，例如与直流/直流转换器集成的逆变器。效率 系统效率包括牵引逆变器效率、电机效率和再生制动模式下的逆变器效率。性能和可靠性 通过电机扭矩控制、电流检测环路和电机扭矩瞬态响应来测量逆变器系统的性能。可靠性包括电源模块可靠性、电机可靠性和隔离等。系统成本 除了电机和线束之外，主要元件包括：EMI 滤波器 直流链路电容器 汇流条 MCU 和控制电子产品