做电子章网站,php企业网站 源码,视频二维码生成器,建设我们的网站教案电动汽车 (EV) 牵引逆变器是电动汽车的。它将高压电池的直流电转换为多相#xff08;通常为三相#xff09;交流电以驱动牵引电机#xff0c;并控制制动产生的能量再生。电动汽车电子产品正在从 400V 转向 800V 架构#xff0c;这有望实现#xff1a;
快速充电 – 在相同…电动汽车 (EV) 牵引逆变器是电动汽车的。它将高压电池的直流电转换为多相通常为三相交流电以驱动牵引电机并控制制动产生的能量再生。电动汽车电子产品正在从 400V 转向 800V 架构这有望实现
·快速充电 – 在相同的电流下提供双倍的功率。
·通过利用碳化硅 (SiC) 提高效率和功率密度。
·通过使用更细的电缆减少相同额定功率下 800V 电压所需的电流从而减轻重量。
在牵引逆变器中微控制器 (MCU) 是系统的大脑通过模数转换器 (ADC) 进行电机控制、电压和电流采样使用磁芯计算磁场定向控制 (FOC) 算法并使用脉宽调制 (PWM) 信号驱动功率场效应晶体管 (FET)。对于 MCU向 800V 牵引逆变器的转变对其带来了三个挑战
·更低延迟的实时控制性能需求。
·增加了功能安全要求。
·需要快速响应系统故障。
在本文中我们将讨论基于 Arm 的 SitaraAM2634-Q1 和 C2000 MCU 等器件如何应对这些挑战。
更低延迟的实时控制
为了控制牵引电机的扭矩和速度MCU 使用外设ADC、PWM和计算内核的组合来完成控制环路。随着转向 800V 系统牵引逆变器也转向宽带隙半导体例如 SiC因为它们在 800V 时大大提高了效率和功率密度。为了实现 SiC 所需的更高开关频率这种控制环路延迟成为优先事项。低延迟控制环路还使工程师能够以更高的转速运行电机从而减小电机的尺寸和减轻重量。要了解并缩短控制环路延迟您必须了解控制环路信号链及其各个阶段如图 1 所示。 图 1控制环路信号链
为获得出色的实时控制性能您必须优化整个信号链包括硬件和软件。从 ADC 采样来自电机的输入到写入 PWM输出以控制电机所花费的时间是实时控制性能的基本衡量标准。从 ADC 采样开始逆变器系统需要准确快速的采样即实现高采样率、至少 12 位分辨率和低转换时间。一旦可进行采样它需要通过互连传输到处理器并由处理器读取并优化的总线和内存访问架构缩短延迟。在处理器中内核需要使用 FOC 算法根据电机的相电流、速度和位置计算下一个 PWM 步骤。
为了更大限度地减少计算时间内核需要较高的时钟速率并且必须高效地执行特定数量的指令。此外内核需要执行一系列指令类型包括浮点、三角和整数数学指令。内核再次使用低延迟路径将更新后的占空比写入 PWM 发生器。在 PWM 输出上应用死区补偿将防止在切换高侧和低侧 FET 时发生短路在硬件级别应用以减少软件开销。
增加功能安全要求
由于牵引逆变器提供电力来控制电机因此它们本质上是功能安全型关键系统。由于 800V 系统有可能提供更高的功率、扭矩、速度或三者兼而有之因此牵引系统需要功能安全达到汽车安全完整性等级 (ASIL) D 级要求。功能安全系统的一个关键部分是 MCU因为它需要智能地做出安全响应系统故障的决策。因此使用通过 ASIL D 的MCU是一个重要的安全元素。
为了让工程师更轻松地满足特定于牵引逆变器的系统安全要求TI MCU 提供了额外的功能。例如相电流反馈表示有关电机扭矩的信息这使得这些信号对安全至关重要。因此许多工程师更喜欢对相电流进行冗余采样这意味着 MCU 必须具有多个独立的 ADC。
快速响应系统故障
工程师面临的另一个挑战是在出现故障时能够快速将电机置于安全状态例如续流。在 PRU 中执行的固件可以正确评估和响应故障类型并执行所需的 PWM 保护序列如图 2 所示然后根据需要直接将 PWM 置于安全状态。这些操作发生在短短 105ns 内。此外由于固件是用户可进行编程的因此工程师可以在必要时添加额外的自定义逻辑来满足他们的应用要求。 图 2流程图显示了基于故障输入的 PWM 输出的预期保护行为
随着越来越多电动汽车的生产设计趋势将转向 SiC 和 800V 技术同时需要提高电机控制性能并满足牵引逆变器的功能安全要求。随着世界朝着电气化方向发展性能和效率方面的创新对于帮助汽车工程师设计下一代电动汽车至关重要。
