電源逆變器 - 電動(dòng)汽車(chē)的關(guān)鍵安全系統(tǒng)

在實(shí)現(xiàn)零排放之前，汽車(chē)電氣化將是汽車(chē)工業(yè)的一個(gè)重要增長(zhǎng)領(lǐng)域。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，汽車(chē)系統(tǒng)將需要更多的半導(dǎo)體以及滿(mǎn)足更高要求的計(jì)算和軟件。

從經(jīng)濟(jì)的角度來(lái)看這背后的意義將非常有趣。IHS市場(chǎng)和戰(zhàn)略分析估計(jì)，電動(dòng)汽車(chē)（EV）的半導(dǎo)體附加值對(duì)于中型混合動(dòng)力汽車(chē) (HEV) 來(lái)說(shuō)是200美元，對(duì)于電池電動(dòng)汽車(chē) （BEV) 來(lái)說(shuō)大約是450美元。

不過(guò)內(nèi)燃機(jī) (ICE) 不會(huì)很快消失。ICE動(dòng)力總成的電氣化與半導(dǎo)體使用量將繼續(xù)增長(zhǎng)，NXP Semiconductors將繼續(xù)支持這些發(fā)動(dòng)機(jī)。隨著電動(dòng)汽車(chē)的增加，內(nèi)燃機(jī)的數(shù)量將會(huì)減少。是什么推動(dòng)了電動(dòng)汽車(chē)的增長(zhǎng)？ 因素有多個(gè)，但首當(dāng)其沖的需要更清潔的排放，而這正是政府立法和激勵(lì)措施發(fā)揮作用的地方。電池成本也在不斷下降，使電動(dòng)汽車(chē)更加經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。隨著電池性能的提高，電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)航能力也在不斷提升。最后，原始設(shè)備制造商 (OEM) 在電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)上的大量投資將提高逆變器系統(tǒng)的效率。

評(píng)估高壓電源逆變器

電動(dòng)汽車(chē)的一個(gè)關(guān)鍵子系統(tǒng)是高壓 (HV) 電源逆變器。一輛車(chē)可以有多個(gè)高壓電源逆變器，但車(chē)載充電 (OBC)、直流-直流蓄電池升壓電路和牽引電機(jī)逆變器最為常見(jiàn)。汽車(chē)上的其他幾個(gè)電機(jī)可能需要自己的逆變器，其中一個(gè)例子是空調(diào)壓縮機(jī)泵。

高壓牽引逆變器是NXP的一個(gè)研究重點(diǎn)。它將高壓電池的直流電轉(zhuǎn)換為多相交流電壓以驅(qū)動(dòng)牽引電機(jī)，而牽引電機(jī)將驅(qū)動(dòng)車(chē)輛前進(jìn)。高壓牽引逆變器在典型電壓超過(guò)300V時(shí)，對(duì)安全性的要求特別高，另外還需要高效率的運(yùn)行。對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)的車(chē)主來(lái)說(shuō)，只有百分之一的改善將轉(zhuǎn)化為更長(zhǎng)的續(xù)航里程。

考慮到功能安全的需求，需要制訂功能安全標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)對(duì)人體造成傷害的嚴(yán)重程度，它們被分為不同的等級(jí)。對(duì)于汽車(chē)系統(tǒng)，就是從A到D的汽車(chē)安全完整性等級(jí) (ASIL)。功能安全標(biāo)準(zhǔn)中考慮了多種不同的要素，如硬件、軟件和系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程。而且，汽車(chē)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)商（如一級(jí)供應(yīng)商和OEM）需要正確記錄這些過(guò)程，而這需要通過(guò)功能安全認(rèn)證的組件的支持。

由于牽引逆變器是一個(gè)極其關(guān)鍵的安全系統(tǒng)，因此它必須通過(guò)ASIL-C/ASIL-D系統(tǒng)認(rèn)證。牽引逆變器可能導(dǎo)致的一個(gè)故障示例是意外加速或停車(chē)。這包括駕駛時(shí)失去動(dòng)力、意外制動(dòng)和過(guò)度制動(dòng)。想象一下在高速公路上行駛時(shí)如果出現(xiàn)這種情況會(huì)怎么樣，就很容易理解系統(tǒng)的關(guān)鍵性，因此這些系統(tǒng)需要符合功能安全規(guī)范。

結(jié)論

NXP提供符合功能安全規(guī)范的組件來(lái)控制高壓牽引逆變器。NXP提供MPC5775E MCU、FS6500 系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片來(lái)為控制器供電，提供TJA1051冗余CAN總線接口進(jìn)行通信，并提供集成了高壓隔離功能的GD3100先進(jìn)柵極驅(qū)動(dòng)器來(lái)滿(mǎn)足系統(tǒng)的嚴(yán)苛要求。這些組件可以與合作伙伴提供的絕緣柵雙極晶體管 (IGBT) 或碳化硅 (SiC) 模塊配合使用，所有組件均附帶高效的參考設(shè)計(jì)。

審核編輯：郭婷