车载逆变器

车载逆变器设计方案

随着油电(dian)混合车(che)和电(dian)动(dong)车(che)技术的(de)(de)演进，逆变器驱动(dong)技术已(yi)经进入汽(qi)车(che)领域，从空调机(ji)和加热系(xi)统等低功(gong)(gong)率(lv)应(ying)用，一直到驱动(dong)和再生制动(dong)系(xi)统等高功(gong)(gong)率(lv)应(ying)用，所有这些(xie)系(xi)统的(de)(de)共通(tong)点(dian)是需要通(tong)过保护逆变器设(she)计(ji)中(zhong)的(de)(de)功(gong)(gong)率(lv)开关(guan)晶体管(guan)来最大(da)限度地提高工作寿命。

汽(qi)车系统中的逆变器(qi)为(wei)电动机控(kong)制(zhi)电源的关(guan)键部件(jian)，它可以把相对较低的直流电池电压(ya)转换成(cheng)为(wei)交流高(gao)电压(ya)，其中使用功(gong)率(lv)(lv)开(kai)关(guan)来调(diao)节能(neng)量的递送，请参(can)考图1。通(tong)过微控(kong)制(zhi)器(qi)送出(chu)开(kai)关(guan)信号，并利用隔离门驱动器(qi)作为(wei)低电压(ya)微控(kong)制(zhi)器(qi)和高(gao)电压(ya)功(gong)率(lv)(lv)开(kai)关(guan)间的接口。

许多新形态的(de)功率(lv)(lv)(lv)开关(guan)(guan)，如碳化硅，都被评(ping)估是(shi)否(fou)可以(yi)使(shi)用于(yu)(yu)汽车逆变(bian)器中，但目(mu)前最具竞争力的(de)还是(shi)IGBT。长久以(yi)来，这些功率(lv)(lv)(lv)晶(jing)体管(guan)已经(jing)被广泛应用于(yu)(yu)高电压和高功率(lv)(lv)(lv)的(de)处(chu)理(li)上(shang)，但在发展过程中却(que)存在缺点，为了把IGBT中的(de)功率(lv)(lv)(lv)损(sun)耗降(jiang)到最低，新一(yi)代(dai)的(de)IGBT产品寻求降(jiang)低开关(guan)(guan)和传导损(sun)耗，不过，为了降(jiang)低传递损(sun)耗，通(tong)常必须(xu)在强固性上(shang)做出让步。

图1 汽车系(xi)统中的逆变器(qi)(qi)使(shi)用功率(lv)开关IGBT器(qi)(qi)件(jian)控制电动机电源，但这(zhei)些器(qi)(qi)件(jian)必须加以保护以确保长时间的工作寿命(ming)。

错误保护避免损坏

降低IGBT传导(dao)损(sun)耗通常会引(yin)起(qi)短路(lu)(lu)电流的(de)增加，从而(er)缩减短路(lu)(lu)的(de)存活时间(jian)，许(xu)多逆(ni)(ni)(ni)变(bian)器(qi)的(de)内部或(huo)外部错误(wu)情(qing)况会造成逆(ni)(ni)(ni)变(bian)器(qi)中一或(huo)多个IGBT短路(lu)(lu)或(huo)类似短路(lu)(lu)的(de)过载情(qing)况，包括(kuo)相位到相位输出短路(lu)(lu)、逆(ni)(ni)(ni)变(bian)器(qi)桥(qiao)接脚的(de)过冲，以及(ji)IGBT低驱动(dong)电压(ya)。由于IGBT会因(yin)这些错误(wu)而(er)受到损(sun)坏，因(yin)此对于逆(ni)(ni)(ni)变(bian)器(qi)设计，快(kuai)速并(bing)且可(ke)靠(kao)的(de)IGBT短路(lu)(lu)检测(ce)和保护(hu)就(jiu)变(bian)得非常重要(yao)。

但(dan)并(bing)非所(suo)有这些错(cuo)误都可以(yi)使用相位电(dian)流(liu)(liu)传感器进行检测，一个(ge)(ge)比较好的(de)替代做(zuo)法是分(fen)别(bie)独立检测每个(ge)(ge)IGBT的(de)负载电(dian)流(liu)(liu)大小。检测负载电(dian)流(liu)(liu)大小有几个(ge)(ge)方法，如(ru)使用分(fen)流(liu)(liu)电(dian)阻或射(she)极分(fen)离的(de)IGBT，可以(yi)产生正(zheng)比于IGBT负载电(dian)流(liu)(liu)的(de)电(dian)压(ya)信号，当信号超(chao)过设定的(de)阀(fa)(fa)值大小时就会触(chu)发保护机制。不过IGBT的(de)最大可容忍(ren)电(dian)流(liu)(liu)会依(yi)采用的(de)工艺、工作温度(du)以(yi)及门电(dian)压(ya)而定，因此在设定负载电(dian)流(liu)(liu)触(chu)发阀(fa)(fa)值时必(bi)须非常保守，以(yi)便限(xian)制IGBT的(de)工作范围。

第三(san)种做法(fa)是通过(guo)监视(shi)集电极到发射极的(de)(de)电压(ya)(VCE)来检(jian)测(ce)IGBT脱离饱和(he)(he)状态(tai)的(de)(de)时(shi)间，在(zai)普通工(gong)作情况(kuang)(kuang)下(xia)IGBT处于饱和(he)(he)模式(shi)(shi)而VCE低，当发生输出短(duan)路(lu)或低门极驱动情况(kuang)(kuang)时(shi)，IGBT会(hui)进入(ru)线性模式(shi)(shi)并且(qie)VCE上升，造成功(gong)率损耗过(guo)大(da)引发器件失效，检(jian)测(ce)这个(ge)去饱和(he)(he)(DESAT)情况(kuang)(kuang)可以达到和(he)(he)监视(shi)输出电流相同的(de)(de)错误检(jian)测(ce)结果，但却有监视(shi)IGBT真实工(gong)作情况(kuang)(kuang)，有效降低许多外在(zai)因素干(gan)扰的(de)(de)优点，带来IGBT更高功(gong)率的(de)(de)使用。

图2 集成了错误(wu)(wu)检测和软(ruan)关(guan)断(duan)，Avago的(de)(de)(de)ACPL-38JT IGBT门驱动(dong)光电(dian)耦合器(qi)可以解决可能(neng)破坏逆(ni)(ni)变(bian)器(qi)功(gong)率(lv)开关(guan)的(de)(de)(de)错误(wu)(wu)情况和检测错误(wu)(wu)同等(deng)重要(yao)的(de)(de)(de)是，逆(ni)(ni)变(bian)器(qi)本身设计的(de)(de)(de)错误(wu)(wu)分辨(bian)能(neng)力，当检测到错误(wu)(wu)情况时(shi)，极可能(neng)有较大的(de)(de)(de)电(dian)流(liu)经过(guo)，如果(guo)IGBT关(guan)断(duan)过(guo)于快速，那么快速的(de)(de)(de)电(dian)流(liu)变(bian)化(hua)(di/dt)以及(ji)无可避免的(de)(de)(de)连(lian)接(jie)寄生电(dian)感就有可能(neng)造(zao)成回流(liu)EMF超过(guo)IGBT的(de)(de)(de)最(zui)高电(dian)压(ya)容(rong)忍大小，带来IGBT的(de)(de)(de)损坏并破坏过(guo)电(dian)流(liu)保护机制。这个问题可以通过(guo)实现IGBT的(de)(de)(de)软(ruan)关(guan)断(duan)来减(jian)轻，利用(yong)延长错误(wu)(wu)发生时(shi)的(de)(de)(de)门极放电(dian)时(shi)间降低电(dian)压(ya)的(de)(de)(de)变(bian)化(hua)速度(du)。

错误(wu)分辨能力也有着(zhe)系统的(de)(de)考量，自动(dong)(dong)错误(wu)检(jian)(jian)测可以配置为(wei)同时关(guan)断所有其他(ta)门驱动(dong)(dong)来(lai)实现，另一方面，错误(wu)检(jian)(jian)测也可设(she)计为(wei)每个IGBT独立进行错误(wu)检(jian)(jian)测和(he)关(guan)断，允(yun)许通(tong)常较为(wei)适合汽车牵引应(ying)用(yong)的(de)(de)和(he)缓错误(wu)处(chu)理和(he)关(guan)断策略。自动(dong)(dong)错误(wu)检(jian)(jian)测也可以包含提(ti)供信号给负责(ze)管(guan)理汽车动(dong)(dong)力系统的(de)(de)微控(kong)制器，带(dai)来(lai)额(e)外的(de)(de)响应(ying)选择(ze)。

可靠性是基本要求

在(zai)汽车系统中(zhong)实现这些错误检测和(he)(he)IGBT保护电路必(bi)须(xu)有几个关(guan)键点(dian)，包括低成本、小尺(chi)寸以及(ji)强(qiang)(qiang)固(gu)性。由于(yu)汽车应(ying)用对于(yu)质(zhi)量和(he)(he)可靠性的(de)(de)(de)期待通常要(yao)(yao)比其他许多消费(fei)类和(he)(he)工业应(ying)用高上许多，因此强(qiang)(qiang)固(gu)性非常重(zhong)要(yao)(yao)，进一步(bu)说(shuo)，在(zai)更(geng)加恶劣(lie)的(de)(de)(de)环(huan)境，包括极广的(de)(de)(de)工作温(wen)度(du)条件(jian)以及(ji)高幅(fu)射和(he)(he)感应(ying)电磁噪声下则必(bi)须(xu)具备更(geng)高的(de)(de)(de)可靠性。

高度(du)集(ji)成(cheng)方案，如图2中Avago的(de)ACPL-38JT门驱(qu)动光电耦合(he)(he)(he)器通过(guo)集(ji)成(cheng)去饱合(he)(he)(he)检测和(he)欠压(ya)锁定(UVLO, Under Voltage LockOut)电路(lu)，以(yi)(yi)及(ji)隔(ge)离的(de)错误信号(hao)和(he)软关(guan)(guan)断等多个(ge)功能(neng)到IGBT门驱(qu)动器中满足(zu)了所有(you)这些(xie)需(xu)求。Avago的(de)光隔(ge)离功能(neng)包括环绕光接收(shou)器的(de)透明法拉第屏蔽(bi)协助降(jiang)低电磁噪(zao)声耦合(he)(he)(he)，并使用特(te)别设计的(de)LED确保高温条件(jian)下的(de)更长工(gong)作(zuo)寿命，内置的(de)保护电路(lu)可以(yi)(yi)节省数个(ge)分立器件(jian)而降(jiang)低成(cheng)本，并通过(guo)解(jie)决所有(you)错误情况，包括可能(neng)破坏功率开关(guan)(guan)晶体管的(de)低门驱(qu)动电压(ya)提(ti)高系统的(de)可靠性。

在门驱动和(he)(he)(he)IGBT保护电路上使用单(dan)一集成(cheng)器件(jian)也可以通(tong)过(guo)消(xiao)除分立器件(jian)失效点(dian)协(xie)助(zhu)提高系统(tong)的可靠性(xing)，另外，集成(cheng)器件(jian)也可借由完整和(he)(he)(he)通(tong)过(guo)预先测试的设计(ji)而(er)有助(zhu)于(yu)缩短设计(ji)和(he)(he)(he)通(tong)过(guo)监管审查(cha)时间。举例来说，ACPL-38JT就依(yi)循TS 16949和(he)(he)(he)AEC-Q100汽车准则进行生产和(he)(he)(he)测试，工作温度(du)范围达到- 40℃到125℃。

随着(zhe)高功率(lv)电气系统在(zai)汽车设计(ji)中(zhong)的(de)(de)角色越(yue)来越(yue)加(jia)重要，错误保护成为确(que)保长时间工作寿命的(de)(de)必备(bei)条件，在(zai)逆变器设计(ji)中(zhong)的(de)(de)功率(lv)开关使用同时提供有检(jian)测和响应(ying)机制的(de)(de)集(ji)成方案，可以通过紧凑、低成本并(bing)且高可靠性(xing)的(de)(de)方式(shi)满足这个需求。

车载逆变器结构优化

汽(qi)(qi)车(che)(che)行(xing)业(ye)(ye)(ye)掀起了一场(chang)技(ji)术变革：电(dian)动汽(qi)(qi)车(che)(che)(EV)和(he)(he)混合(he)动力(li)汽(qi)(qi)车(che)(che)(HEV)正大规(gui)模地投产，进(jin)入商(shang)(shang)业(ye)(ye)(ye)化运作。这(zhei)意味(wei)着(zhe)采用新型(xing)结构的汽(qi)(qi)车(che)(che)正在(zai)大量推出(chu)。从电(dian)子系(xi)统(tong)的角度来看，迄今为止用于电(dian)动汽(qi)(qi)车(che)(che)(EV)和(he)(he)混合(he)动力(li)汽(qi)(qi)车(che)(che)(HEV)的技(ji)术主要源自在(zai)过去数(shu)十年间最初(chu)是针对工(gong)业(ye)(ye)(ye)应用而开(kai)发的各(ge)种解决方(fang)案(an)。由于汽(qi)(qi)车(che)(che)行(xing)业(ye)(ye)(ye)在(zai)商(shang)(shang)业(ye)(ye)(ye)上和(he)(he)技(ji)术上都有不同于工(gong)业(ye)(ye)(ye)系(xi)统(tong)的特定要求，因此需要开(kai)发专用的解决方(fang)案(an)。

考虑到传动系统(tong)，特别是(shi)逆变器，xEV的厂(chang)商将(jiang)要应对(dui)三大挑战：提高能效、降低成本(ben)以及最(zui)终满足功能性(xing)安全(quan)要求。ISO26262标准(zhun)的引入(ru)推动了(le)对(dui)智(zhi)能型、高性(xing)价比电子(zi)解决方案的需求。

逆变器电子结构

图(tu)1代(dai)表了(le)与永(yong)磁同步电机(PMSM)一(yi)起用于汽车的牵引逆变器的典型结构。它由三个主要部(bu)分构成：

低压(LV)侧(ce)的主要(yao)逻辑电路

驱动单元

与直流(liu)链接(jie)相连的IGBT功率模块。

驱动单元通(tong)常由单个PCB构成，PCB的连接应尽(jin)可能靠近功率模块以最大(da)程度降低(di)IGBT栅极信号通(tong)路(lu)中的寄生元件的数(shu)量。

每个IGBT均(jun)由栅极驱(qu)动(dong)(dong)器驱(qu)动(dong)(dong)，该(gai)驱(qu)动(dong)(dong)器的主(zhu)要(yao)功能为：

提供低压(ya)和(he)高压(ya)之间(jian)的电(dian)绝缘功能。一流(liu)的解决方案(an)有赖于(yu)感(gan)应式、电(dian)容式隔(ge)离或光学隔(ge)离。

驱动IGBT栅极以使(shi)系统达(da)到(dao)最高效(xiao)率。这意(yi)味着器件应能(neng)够提供足够大的电流对(dui)栅极进行快速(su)充(chong)电和放电。为达(da)到(dao)这一目的，经常在驱动器和IGBT之间设置后驱动单元(yuan)（或升压单元(yuan)）。

提供基本(ben)的保(bao)护(hu)功(gong)能，如欠压锁定(ding)(UVLO)功(gong)能或去饱和保(bao)护(hu)(DESAT)功(gong)能。

除了(le)上述这(zhei)些功能，还对栅极驱动器提出了(le)其他要求(qiu)以(yi)达到安(an)全标(biao)准。其中一(yi)个主要安(an)全要求(qiu)规定(ding)在(zai)出现(xian)故障时系统应(ying)可以(yi)防止或限制(zhi)电(dian)机(ji)在(zai)车轮产生多余(yu)的(de)力(li)矩，这(zhei)样不会(hui)出现(xian)司机(ji)无(wu)法控(kong)制(zhi)车辆的(de)情(qing)况。对于非同步电(dian)机(ji)来说，此(ci)类策略（相对）易于部(bu)署，这(zhei)是由于系统的(de)安(an)全状(zhuang)态(tai)是通过(guo)打开所有开关实现(xian)；IGBT是常态(tai)下处于关断(duan)状(zhuang)态(tai)的(de)器件，因此(ci)安(an)全状(zhuang)态(tai)是逆变(bian)器的(de)默认状(zhuang)态(tai)。

对于(yu)永磁同步电(dian)机(PMSM)来说(shuo)，由于(yu)在(zai)高转速(RPM)下(xia)，磁激励可(ke)能导(dao)(dao)致(zhi)过压(ya)，因(yin)此情况更(geng)为复杂。这会导(dao)(dao)致(zhi)逆(ni)变(bian)器(qi)组件受到破坏。例如(ru)基于(yu)机械子系(xi)统或(huo)斩波器(qi)的(de)(de)解决方案，数种方法(fa)在(zai)工业(ye)系(xi)统中通过应用(yong)证(zheng)明(ming)其(qi)可(ke)行(xing)性(xing)，从而(er)限制低于(yu)逆(ni)变(bian)器(qi)额定(ding)值的(de)(de)过压(ya)情况。但是，这些支持系(xi)统会产生额外(wai)成本，导(dao)(dao)致(zhi)这一解决方案对于(yu)车(che)用(yong)逆(ni)变(bian)器(qi)而(er)言缺乏(fa)实际可(ke)用(yong)性(xing)。

抗(kang)故(gu)(gu)障(zhang)主(zhu)动短(duan)(duan)路(lu)(ASC)策(ce)略的部署(shu)可以实现(xian)系统的安全目标。该策(ce)略确(que)保在(zai)每个单独(du)的故(gu)(gu)障(zhang)情况下(xia)，逆变器(qi)通过短(duan)(duan)接电机相线(xian)可产生0矢量（或(huo)称为主(zhu)动短(duan)(duan)路(lu)）。

在这(zhei)种状态下产生的(de)普通制(zhi)动转矩不(bu)会导致司机无法(fa)控制(zhi)车辆。

为了具有抗故障的(de)鲁棒性，支持(chi)主动短(duan)路(ASC)的(de)结构有赖于：

冗余(yu)电(dian)源系统（通(tong)常由直流链接提供），该系统确(que)保(bao)驱动板的某些关键功能始终启用从而(er)使IGBT保(bao)持在打(da)开的状态。

监(jian)控IGBT的状态以实时(shi)检查从主逻辑电路(lu)到IGBT自身的PWM命令是否具有一(yi)致性。

在(zai)应用生(sheng)命(ming)周期中提(ti)高系(xi)统的(de)可测试(shi)性，以跟踪系(xi)统的(de)潜在(zai)故障。

分开(kai)实施(shi)此(ci)类措施(shi)不仅会显著增加材料(liao)清单成本，而且(qie)还(hai)会增加驱动板PCB的尺(chi)寸(cun)，这在满足汽车内部(bu)的空间局(ju)限要求上会产生问(wen)题。

数字(zi)驱动器：必要措施(shi)

为优化逆变器结构，应实施两种主要方案：

功(gong)能集(ji)(ji)成：每(mei)个新一(yi)代硅(gui)技术都(dou)可提升(sheng)集(ji)(ji)成级(ji)别(bie)，意味着分立式功(gong)能可以在ASSP内集(ji)(ji)成。在许多汽(qi)车系统(tong)中(zhong)均可发现(xian)相关的(de)连续(xu)集(ji)(ji)成措施，特(te)别(bie)是在传统(tong)的(de)ECU上。

?功(gong)能(neng)(neng)叠加：ASC策略的实施(shi)依(yi)靠超越(yue)电隔离(li)障(zhang)碍传(chuan)输一系列的信(xin)号(hao)。由于栅(zha)极驱动(dong)器(qi)已经内置了电隔离(li)功(gong)能(neng)(neng)，因(yin)此是在电隔离(li)通信(xin)通道中对多个功(gong)能(neng)(neng)进(jin)行叠加的理想选择。

为实现功能集(ji)成与功能叠加，栅极驱(qu)动器(qi)必须数字化，至少部分数字化。这个措施可(ke)以(yi)通(tong)(tong)过向栅极驱(qu)动器(qi)添加数字接(jie)口(kou)(kou)实现。至低(di)压主要逻(luo)辑电(dian)路的通(tong)(tong)信链接(jie)将用(yong)于(yu)在系统启动时对器(qi)件(jian)进行配置，提供每一驱(qu)动器(qi)在运行期间的状态信息以(yi)及触发侵入式系统检测。应(ying)注意，通(tong)(tong)信链接(jie)并(bing)不一定要直接(jie)控制IGBT的开关行为，但可(ke)以(yi)视(shi)为常规PWM命令的并(bing)行通(tong)(tong)道。鉴于(yu)此(ci)，标(biao)准(zhun)中速(su)通(tong)(tong)信接(jie)口(kou)(kou)，如(ru)串联外围设备接(jie)口(kou)(kou)(SPI)，会是不错的选择。

三种层级的诊断功(gong)能可采用上述方式集成：

栅极驱(qu)动(dong)器层级：监视(shi)振荡器、电源、内(nei)部数据完(wan)整性(xing)等。

故(gu)障注入(ru)层级(ji)：注入(ru)假设的故(gu)障（如虚拟(ni)的DESAT事件），检验系(xi)统(tong)是否能对此类事件做出正确反应。

信号(hao)(hao)一致(zhi)性检(jian)验(yan)层级(ji)：通过SPI读取栅(zha)极驱(qu)动器发送和接收到的(de)信号(hao)(hao)级(ji)别。

图3显示(shi)了经优(you)化(hua)的逆变器(qi)结(jie)构(gou)。

一(yi)些分(fen)立式安全功能(neng)已(yi)分(fen)布于系统的各(ge)个不同组件上。在驱动(dong)器中集成了先(xian)进(jin)的IGBT状态监视器和栅极(ji)监视器。这(zhei)样(yang)在逆变器工作(zuo)过(guo)程中可以对IGBT状态进(jin)行(xing)实时监控。例(li)如(ru)，通(tong)过(guo)扩展大(da)家熟悉的去饱和保护功能(neng)，可以对IGBT进(jin)行(xing)监视。

通(tong)常DESAT保护功能(neng)在打(da)开(kai)状(zhuang)态下会对(dui)IGBT的(de)(de)(de)Vce电(dian)(dian)压进(jin)行(xing)监视(shi)。当(dang)超过(guo)电(dian)(dian)压阈值（通(tong)常是9V）时(shi),在检测到短路(lu)状(zhuang)况时(shi)，IGBT会自动关(guan)断。DESAT的(de)(de)(de)扩展功能(neng)可以(yi)实现对(dui)Vce电(dian)(dian)压的(de)(de)(de)持续监控(kong)。比较器(qi)的(de)(de)(de)结果被(bei)持续送往(wang)低压侧，信息以(yi)数字信号(hao)的(de)(de)(de)形(xing)式提供给低压逻辑(ji)电(dian)(dian)路(lu)。智能(neng)型低压逻辑(ji)电(dian)(dian)路(lu)接下来可以(yi)将IGBT状(zhuang)态与初始(shi)的(de)(de)(de)PWM命(ming)令进(jin)行(xing)比较。需(xu)要使用延迟功能(neng)与过(guo)滤(lv)器(qi)以(yi)补偿超越电(dian)(dian)隔(ge)离障碍(ai)时(shi)的(de)(de)(de)IGBT开(kai)关(guan)时(shi)间和传播时(shi)间。

在(zai)栅极(ji)驱动器(qi)内集成数字(zi)通信通道与栅极(ji)监视(shi)器(qi)的优(you)点将在(zai)以(yi)下章(zhang)节(jie)中进行说明。

安全通道部署

本节提供的(de)安全通(tong)道部(bu)署示例用(yong)于应对“低压电源缺失(shi)”的(de)故障情况。此通(tong)道部(bu)署采(cai)用(yong)英飞凌(ling)新型栅极驱动器EiceDRIVER?SIL与后驱动单元EiceDRIVER?Boost（图4）

高压逻辑块接收来(lai)自低(di)压侧(ce)的控制信(xin)号，该(gai)信(xin)号起(qi)着发布进入ASC模式(shi)命令(ling)的作(zuo)用。该(gai)控制信(xin)号可(ke)通(tong)(tong)过(guo)栅极(ji)驱动器数(shu)(shu)字(zi)通(tong)(tong)道(dao)(dao)(DIO1/DIO2)越过(guo)电(dian)隔离障碍进行传(chuan)(chuan)输。数(shu)(shu)字(zi)通(tong)(tong)道(dao)(dao)的低(di)延(yan)时（通(tong)(tong)常(chang)(chang)(chang)是(shi)2μs）可(ke)确保系统快速反应。在正常(chang)(chang)(chang)工(gong)作(zuo)期间通(tong)(tong)过(guo)数(shu)(shu)字(zi)通(tong)(tong)道(dao)(dao)传(chuan)(chuan)输的逻辑信(xin)号电(dian)平(ping)应是(shi)非默(mo)认(ren)电(dian)平(ping)，通(tong)(tong)常(chang)(chang)(chang)是(shi)高电(dian)平(ping)。低(di)压电(dian)源一(yi)旦出现错误，监视EiceDRIVER?SIL5V电(dian)源的欠压锁(suo)定(UVLO)功能将禁用DIO2信(xin)号。

在完成对DIO2信(xin)号(hao)的(de)评估之后，高压逻辑电(dian)路(lu)将判(pan)定为ASC信(xin)号(hao)。该信(xin)号(hao)与升压器(qi)(qi)的(de)专用输出(chu)端(duan)相连后将直接(jie)开启(qi)IGBT，不论栅极驱(qu)动(dong)器(qi)(qi)发送的(de)是何种(zhong)PWM命令。为防止栅极驱(qu)动(dong)器(qi)(qi)（在低压电(dian)源缺失情况下栅极驱(qu)动(dong)器(qi)(qi)自(zi)动(dong)会试图关断(duan)IGBT）与开启(qi)IGBT的(de)升压器(qi)(qi)之间流经高交(jiao)叉(cha)电(dian)流，ASC信(xin)号(hao)被连接(jie)至栅极驱(qu)动(dong)器(qi)(qi)的(de)OSD输出(chu)引脚。OSD引脚捕捉(zhuo)到的(de)主动(dong)电(dian)平使输出(chu)单元(yuan)（即栅极驱(qu)动(dong)器(qi)(qi)的(de)输出(chu)端(duan)OUT）处于(yu)高阻抗状态（三态）。

由直流(liu)链(lian)接提(ti)供的(de)紧(jin)急电(dian)源确保在(zai)ASC临界条件(jian)下（即(ji)在(zai)高直流(liu)链(lian)接电(dian)压(ya)(ya)、电(dian)机高转速下）高压(ya)(ya)逻辑(ji)电(dian)路(lu)、高压(ya)(ya)[Lw1]部分低压(ya)(ya)侧驱动器(qi)和升压(ya)(ya)器(qi)始(shi)终得到有效15V(VCC2)电(dian)源的(de)供电(dian)。但是，主动ASC模式应仅在(zai)直流(liu)链(lian)接可提(ti)供有效15V电(dian)源的(de)情(qing)况下由系统启用。否则一旦VCC2开始(shi)出现(xian)低于(yu)临界电(dian)压(ya)(ya)的(de)情(qing)况，IGBT将(jiang)以线性(xing)模式工作，这可能造成器(qi)件(jian)较大(da)损耗并最终可能因过热导致器(qi)件(jian)损坏。

为避免这种情况，栅极(ji)(ji)驱动(dong)器(qi)(qi)的NUV2信(xin)号在内部由UVLO2功能直接控制。NUV2的工作原理(li)类似(si)于开漏信(xin)号。当有效的15V电(dian)(dian)源(yuan)电(dian)(dian)压(ya)施加在栅极(ji)(ji)驱动(dong)器(qi)(qi)上(shang)时，NUV2呈现高(gao)电(dian)(dian)阻状态(tai)(tai)。但是，当施加无(wu)效电(dian)(dian)源(yuan)时，ASC信(xin)号会被主动(dong)地(di)驱往低层级(ji)。在并联(lian)状态(tai)(tai)下，将(jiang)检测到OSD引(yin)脚，栅极(ji)(ji)驱动(dong)器(qi)(qi)的输出单元(yuan)将(jiang)退出三态(tai)(tai)模式(shi)。这样(yang)可确保IGBT快速关断(duan)。

最(zui)后，应在(zai)(zai)应用生命周期(qi)中（例(li)如(ru)，在(zai)(zai)系统(tong)启动时(shi)）定期(qi)对安(an)全通道的(de)正常使用进行检(jian)测。为此栅(zha)极(ji)驱动器(qi)的(de)栅(zha)极(ji)监视器(qi)功能包含了一组(zu)比较器(qi)，比较器(qi)的(de)状态(tai)可由SPI接口(kou)读取。接下来可以激活ASC信号进行检(jian)验(yan)并检(jian)查(cha)栅(zha)极(ji)电(dian)压是否达到(dao)了正确(que)的(de)阈值。

结论与概览

多年(nian)来汽车电(dian)子系(xi)统(tong)(tong)的(de)总(zong)体趋势始终是日益集成化：微(wei)控制器(qi)的(de)计算性能(neng)(neng)大幅提高导(dao)致硬件功(gong)能(neng)(neng)不断被软件取(qu)代；类似(si)地，数(shu)字化也推动(dong)了功(gong)能(neng)(neng)集成度不断提高，提升(sheng)了诊断功(gong)能(neng)(neng)。数(shu)字栅极驱动(dong)器(qi)的(de)推出提供一系(xi)列新的(de)可能(neng)(neng)性，可以通过有效方式(shi)达到未来逆(ni)变(bian)器(qi)系(xi)统(tong)(tong)的(de)安全目标。

首先，在(zai)栅极驱(qu)动(dong)器(qi)(qi)内部集(ji)成主要以分立形式(shi)发挥作(zuo)(zuo)用(yong)的(de)各种监(jian)控(kong)功能，可实现系(xi)(xi)统优(you)化(hua)。其次，通过(guo)利(li)用(yong)新式(shi)微控(kong)制器(qi)(qi)设(she)(she)计可以实现系(xi)(xi)统进一步优(you)化(hua)。例(li)如，作(zuo)(zuo)为微控(kong)制器(qi)(qi)中(zhong)(zhong)的(de)HW扩展(zhan)型(xing)外围设(she)(she)备的(de)智能型(xing)IO监(jian)视器(qi)(qi)单元可将IGBT监(jian)视器(qi)(qi)发出的(de)信(xin)号(hao)模式(shi)与(yu)初始的(de)PWM命(ming)令（在(zai)内部以冗余方式(shi)产生）进行比较(jiao)。这样低电压(5V)逻辑可以在(zai)系(xi)(xi)统出现故障(zhang)时灵活地判断是在(zai)低压侧开关还是在(zai)高压侧开关施加0矢量。将各种功能分布在(zai)微控(kong)制器(qi)(qi)和栅极驱(qu)动(dong)器(qi)(qi)可移除在(zai)目(mu)前标(biao)准逆变(bian)器(qi)(qi)中(zhong)(zhong)使(shi)用(yong)的(de)扩展(zhan)型(xing)组件(jian)，如FPGA与(yu)PLD。

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