(H)EV系統(tǒng)的功率電子主要組成部分為主逆變器、DC/DC變流器、輔助逆變器/變流器、車載充電器和電池管理。功率模塊、微控制器、驅(qū)動(dòng)器、傳感器等（如圖1）高度可靠的半導(dǎo)體必須支持多種逆變器功率級，以助力實(shí)現(xiàn)緊湊、經(jīng)濟(jì)、節(jié)能的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

 

圖1： (H)EV系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分：功率模塊、高性能微控制器和驅(qū)動(dòng)器

 

譬如，HybridPACK家族就支持這一設(shè)計(jì)目標(biāo)，其針對(H)EV應(yīng)用的解決方案覆蓋所有功率級（10kW -150kW）。EiceDRIVER門級驅(qū)動(dòng)器具有驅(qū)動(dòng)和控制IGBT的理想功能。該產(chǎn)品家族包括具備高低壓隔離能力和雙向信號傳輸特性的單/雙通道汽車IGBT門級驅(qū)動(dòng)器。AURIX系列這樣的高性能32位微控制器是高能效型電動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)品組合的有效補(bǔ)充，同時(shí)位置傳感器可提供電機(jī)位置的閉環(huán)反饋，以實(shí)現(xiàn)場定向控制（FOC）這樣的復(fù)雜控制。

 

 

最新一代EiceDRIVER解決方案在實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)實(shí)用的逆變器設(shè)計(jì)和推進(jìn)針對(H)EV應(yīng)用的ASIL系統(tǒng)認(rèn)證方面起到了重要作用。

 

1EDI2001AS 和1EDI2002AS的目標(biāo)應(yīng)用為使用400V、600V和1200V IGBT的(H)EV逆變器。這兩款驅(qū)動(dòng)器都具備高低壓隔離、雙向信號傳輸、主動(dòng)短路保護(hù)以及優(yōu)化的IGBT開關(guān)驅(qū)動(dòng)功能。這些產(chǎn)品都采用了用于控制和診斷的標(biāo)準(zhǔn)SPI，傳輸速度高達(dá)2Mbd。安全相關(guān)功能包括： 過流保護(hù)以及針對所有電源、振蕩器、門級驅(qū)動(dòng)信號和輸出級的信號的狀態(tài)監(jiān)控。此外，還支持包括錯(cuò)誤注入（error injection）和弱導(dǎo)通（weak turn-on）在內(nèi)的系統(tǒng)級診斷。

 

EiceDRIVER家族的另一個(gè)成員是1EDI2010AS。該產(chǎn)品在二次側(cè)集成一個(gè)ADC，可用來采樣高壓母線電壓以及NTC溫度或IGBT晶圓溫度（如帶有晶圓集成溫度傳感器）。相關(guān)數(shù)據(jù)是通過SPI提供的。

 

1EBN1001AE是單通道IGBT驅(qū)動(dòng)能量放大器，兼容1EDI20xxAS系列。該產(chǎn)品以高性能雙極技術(shù)為基礎(chǔ)，可替代基于分立式器件的緩沖級。由于其采用熱性能優(yōu)化的裸焊盤封裝，能驅(qū)動(dòng)和灌入高達(dá)15A的峰值電流。這使其適合汽車應(yīng)用中的大多數(shù)逆變器系統(tǒng)。該產(chǎn)品具備主動(dòng)短路保護(hù)和有效鉗位功能，采用裸焊盤PG-DSO-14封裝。

 

門級驅(qū)動(dòng)器和升壓器結(jié)合在一起可在子系統(tǒng)中節(jié)省多達(dá)20%的PCB空間，同時(shí)可使當(dāng)今解決方案中分立式器件的數(shù)量減少60%。

 

 

(H)EV 應(yīng)用經(jīng)常采用無刷電機(jī)。這些高效電機(jī)依賴快速、準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)子位置傳感器進(jìn)行換向，因?yàn)檫@些傳感器參數(shù)對車輛的啟動(dòng)特性、動(dòng)態(tài)性能、轉(zhuǎn)矩波動(dòng)和效率具有重大影響。

 

通常可利用不同原理來探測轉(zhuǎn)子位置：旋轉(zhuǎn)變壓器（基于電感式）和電磁式。基于旋轉(zhuǎn)變壓器的傳感器系統(tǒng)面臨著一些限制（模擬輸出、復(fù)雜電路、高系統(tǒng)成本、空間限制、對雜散場靈敏以及位置公差等）。32位AURIX微控制器家族利用其Σ-Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器生成載波信號和進(jìn)行基于軟件的編碼，可通過避免使用旋轉(zhuǎn)變壓器解碼IC，幫助將系統(tǒng)成本降低大約20%。

 

另一方面，采用AMR（各向異性磁阻）或GMR（巨磁阻）技術(shù)的磁阻式（xMR）角度傳感器具有高精確度，同時(shí)對位置公差具有低敏感度。

 

要實(shí)現(xiàn)xMR傳感器系統(tǒng)，必須將來自功率電子、電感、電機(jī)體積、電纜和電機(jī)雜散磁場這些干擾源的雜散磁場影響考慮在內(nèi)。英飛凌最近將完整的傳感器系統(tǒng)集成在電機(jī)軸端，并滿足所有要求。圍繞軸端布置的磁路可完美屏蔽電磁干擾場。這樣就無需采用額外的，可導(dǎo)致系統(tǒng)成本急劇攀升的電磁屏蔽措施。

 

磁路以及傳感器模塊的大多數(shù)部分將完全集成進(jìn)軸端（如圖2），只有一小部分傳感器模塊機(jī)械結(jié)構(gòu)部分露在軸端外部。

 

圖2：軸端集成傳感器系統(tǒng)可確保不受雜散磁場影響并可節(jié)省空間

 

在準(zhǔn)確性方面，系統(tǒng)評估結(jié)果非常樂觀：受試GMR傳感器的最大測量角度誤差< 0.3°（如圖3） ，AMR傳感器的相關(guān)參數(shù)< 0.14°。這種高精度可在很大的安全操作區(qū)域內(nèi)保持穩(wěn)定，同時(shí)毫米級的位置誤差依然可實(shí)現(xiàn)高精度角度測量。

 

圖3：在一個(gè)封裝內(nèi)兼具AMR芯片和GMR芯片的TLE5309D傳感器具有不受位置公差影響的出色準(zhǔn)確性

 

在許多情況下，轉(zhuǎn)子位置傳感器在ISO26262功能安全方面也扮演著密切相關(guān)的角色。英飛凌提供采用雙傳感器封裝的角度傳感器，可在一個(gè)傳感器的空間集成兩個(gè)冗余傳感器。尤其是，TLE5309D通過結(jié)合利用AMR和GMR技術(shù)，可滿足最高的功能安全要求，不僅實(shí)現(xiàn)了冗余性，而且實(shí)現(xiàn)了多樣性。

 

文章來源：電子技術(shù)設(shè)計(jì)。