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如何打造更安全可靠的電動汽車牽引逆變器?

PI電源芯片 ? 來源:PI電源芯片 ? 作者:PI電源芯片 ? 2021-01-02 11:02 ? 次閱讀

牽引逆變器是幫助純電動汽車(BEV)和插電式混合動力汽車(PHEV)實現(xiàn)能量轉化和傳輸?shù)闹匾b置,其運行的穩(wěn)定性直接影響到電動汽車的動力輸出和續(xù)航。

在中國國際汽車電子高峰論壇上,Power Integrations大功率FAE經理王強作主題演講——《提高牽引逆變器安全可靠性的IC解決方案》,重點介紹了如何借助Power Integrations的IC解決方案打造更安全可靠的電動汽車牽引逆變器。

中國國際汽車電子高峰論壇由上海市科學技術協(xié)會、中國(上海)自由貿易試驗區(qū)臨港新片區(qū)管理委員會指導,上海市集成電路行業(yè)協(xié)會主辦,ASPENCORE合辦,邀請了整車廠商、Tier 1零部件供應商、汽車半導體廠商和智能駕駛開發(fā)商等業(yè)界專家,共同探討汽車電子的設計、供應鏈、測試及質量控制等熱門話題。

IGBT到SiC MOSFET

支持更高的母線電壓

當前,電動汽車演進的方向和用戶需求是一致的,那就是充電更快、續(xù)航更遠。電動汽車的母線電壓開始由普通的400V轉向電動巴士所采用的800V,甚至是更高的925V,以實現(xiàn):

充電速度更快

電纜中的電流更小

動力系統(tǒng)重量更輕、散熱更少

在此過程中,傳統(tǒng)牽引逆變器在效率、續(xù)航、成本和安全性等方面都遇到了瓶頸。王強認為:“逆變器的傳動系統(tǒng)開始轉向基于SiC的功率器件,使用SiC模塊替換舊有的IGBT模塊,以支持更高的母線高壓,進而幫助電動汽車的動力系統(tǒng)實現(xiàn)更高的功率密度,提升電池的續(xù)航能力。” 當然,不管是基于IGBT模塊,還是基于SiC模塊,牽引逆變器解決方案都需要滿足ISO 26262《道路車輛功能安全》國際標準,當車輛發(fā)生故障時,系統(tǒng)要保護用戶。

應對ISO 26262要求

InnoSwitch3-AQ提供極高的可靠性

王強指出,ISO 26262要求在牽引逆變器中使用EPS(電子助力轉向系統(tǒng))。EPS在輔助電池失效的情況下,為車輛安全轉向和減速提供動力,既要能夠在動力電池電壓下工作,當主電壓母線受到影響時,EPS需要在30 VDC(MIN)電壓的情況下也能夠繼續(xù)工作。 當然,EPS在設計過程中也需要滿足功能安全概念設計,比如防止電機產生自主扭矩,防止電機產生死鎖扭矩,以及防止電機不提供動力等等,以上這些對元器件的穩(wěn)定性和可靠性提出了很高的要求。 適用于EPS的InnoSwitch3-AQ可以幫助設計者應對這些挑戰(zhàn)。InnoSwitch3-AQ反激式開關IC從高壓直流母線取電,為驅動電機控制和牽引控制器提供供電,能夠支持超寬輸入范圍:30至550V或30至925V母線電壓。

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【InnoSwitch3-AQ參考設計】 InnoSwitch3-AQ采用Power Integrations的高速FluxLink耦合技術, 可在無需專用隔離變壓器檢測繞組和光耦的情況下,實現(xiàn)±3%的高精度輸入電壓和負載綜合調整率。集成的750 V MOSFET可滿足嚴格的汽車降額要求,片上同步整流控制器在標稱400 VDC輸入電壓下可提供90%以上的效率。同時,InnoSwitch3-AQ系列IC符合AEC-Q100標準,并在生產過程已通過IATF16949認證,為系統(tǒng)提供完善的保護。 對于800V和電壓更高的母線應用可選用StackFET。適用于30V-925V輸入的30W外部電源DER-859Q就是采用tackFET的類似設計,可以支持最高925 V母線電壓。

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【DER-859Q參考設計】

驅動和保護

助力基于SiC模塊的逆變器

上面已經提到,采用基于SiC模塊的牽引逆變器對于電動汽車而言是未來的大趨勢,Power Integrations為此提供了多方位的支持。除了InnoSwitch3-AQ,演講中王強還提到了SiC MOSFET門極驅動器以及過壓保護和di/dt控制“AROC”。

SCALE-iDriver是適用于IGBT和SiC MOSFET的純電動汽車(BEV)和插電式混合動力汽車(PHEV)門極驅動器解決方案,已通過AEC-Q100認證1級標準,并符合LV123標準。

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其中,SIC1181KQ和SIC1182KQ是適用于BEV和PHEV牽引逆變器的SiC MOSFET門極驅動器,前者適合350V/400V電池,后者適合800V電池。

SIC1181KQ和SIC1182KQ都集成了FluxLink技術,提供最高1200V加強絕緣,支持開關頻率最高至150kHz,峰值輸出門極驅動電流為±8A @TA = 125 °C,并提供完善的保護:

漏極-源極過壓保護

通過電阻串實現(xiàn)超快短路保護 - 典型短路響應時間<2μs

針對集成電流檢測/鏡像功能的SiC MOSFET,可實現(xiàn)過流關斷

原方和副方欠壓保護(UVLO)

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【SIC118xKQ驅動設計】

在短路保護部分,王強重點介紹了過壓保護和di/dt控制“AROC”——Advanced Resistive Overvoltage Control(高級阻性過壓控制)。 在現(xiàn)實應用中,為了應對短路情況不得不增大驅動電阻。此妥協(xié)的后果是,在部分/滿負載工作狀態(tài)下,開關損耗偏高。SIC1182K可優(yōu)化門極電阻,最大程度減小開關損耗,提高短路關斷可靠性,可提高WLTP(全球輕型車測試規(guī)程)的效率。

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【有無“AROC”對比】

總結

隨著電動汽車對充電效率和續(xù)航里程的要求不斷提高,母線電壓升高是大勢所趨,這也伴隨著很多設計挑戰(zhàn),基于SiC模塊的牽引逆變器是化解難題的“魔法棒”,而Power Integrations要做的就是讓其持續(xù)安全可靠。

原文標題:多措并舉,Power Integrations讓牽引逆變器更安全可靠

文章出處:【微信公眾號:PI電源芯片】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。

責任編輯:haq

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原文標題:多措并舉,Power Integrations讓牽引逆變器更安全可靠

文章出處:【微信號:Power_Integrations,微信公眾號:PI電源芯片】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。

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