電動(dòng)轎車 (EV) 牽引逆變器是電動(dòng)轎車的中心。它將高壓電池的直流電轉(zhuǎn)化為多相（一般為三相）交流電以驅(qū)動(dòng)牽引電機(jī)，并操操控動(dòng)產(chǎn)生的能量再生。電動(dòng)轎車電子產(chǎn)品正在從 400V 轉(zhuǎn)向 800V 架構(gòu)，這有望完結(jié)：

快速充電 – 在相同的電流下供給雙倍的功率。

經(jīng)過運(yùn)用碳化硅 (SiC) 進(jìn)步功率和功率密度。

經(jīng)過運(yùn)用更細(xì)的電纜削減相同額定功率下 800V 電壓所需的電流，然后減輕分量。

在牽引逆變器中，微操控器 (MCU芯片) 是體系的大腦，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)化器 (ADC) 進(jìn)行電機(jī)操控、電壓和電流采樣，運(yùn)用磁芯核算磁場定向操控 (FOC) 算法，并運(yùn)用脈寬調(diào)制 (PWM) 信號(hào)驅(qū)動(dòng)功率場效應(yīng)晶體管 (FET)。關(guān)于 超低功耗MCU，向 800V 牽引逆變器的改變對(duì)其帶來了三個(gè)應(yīng)戰(zhàn)：

更低推遲的實(shí)時(shí)操控功用需求。

增加了功用安全要求。

需求快速呼應(yīng)體系毛病。

在本文中，咱們將評(píng)論依據(jù) Arm? 的 Sitara? AM2634-Q1 和 C2000? MCU 等器材怎么應(yīng)對(duì)這些應(yīng)戰(zhàn)。

更低推遲的實(shí)時(shí)操控

為了操控牽引電機(jī)的扭矩和速度，低功耗MCU 運(yùn)用外設(shè)（ADC、PWM）和核算內(nèi)核的組合來完結(jié)操控環(huán)路。跟著轉(zhuǎn)向 800V 體系，牽引逆變器也轉(zhuǎn)向?qū)拵栋雽?dǎo)體（例如 SiC），因?yàn)樗鼈冊(cè)?800V 時(shí)大大進(jìn)步了功率和功率密度。為了完結(jié) SiC 所需的更高開關(guān)頻率，這種操控環(huán)路推遲成為優(yōu)先事項(xiàng)。低推遲操控環(huán)路還使工程師能夠以更高的轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)電機(jī)，然后減小電機(jī)的尺度和減輕分量。要了解并縮短操控環(huán)路推遲，您有必要了解操控環(huán)路信號(hào)鏈及其各個(gè)階段，如圖 1 所示。

圖 1：操控環(huán)路信號(hào)鏈

為取得超卓的實(shí)時(shí)操控功用，您有必要優(yōu)化整個(gè)信號(hào)鏈，包含硬件和軟件。從 ADC 采樣（來自電機(jī)的輸入）到寫入 PWM（輸出以操控電機(jī)）所花費(fèi)的時(shí)刻是實(shí)時(shí)操控功用的根本衡量標(biāo)準(zhǔn)。從 ADC 采樣開端，逆變器體系需求精確快速的采樣，即完結(jié)高采樣率、至少 12 位分辨率和低轉(zhuǎn)化時(shí)刻。一旦可進(jìn)行采樣，它需求經(jīng)過互連傳輸?shù)教幚砥鞑⒂商幚砥髯x取，并優(yōu)化的總線和內(nèi)存拜訪架構(gòu)縮短推遲。在處理器中，內(nèi)核需求運(yùn)用 FOC 算法依據(jù)電機(jī)的相電流、速度和方位核算下一個(gè) PWM 過程。

為了更大極限地削減核算時(shí)刻，內(nèi)核需求較高的時(shí)鐘速率而且有必要高效地履行特定數(shù)量的指令。此外，內(nèi)核需求履行一系列指令類型，包含浮點(diǎn)、三角和整數(shù)數(shù)學(xué)指令。最終，內(nèi)核再次運(yùn)用低推遲途徑將更新后的占空比寫入 PWM 產(chǎn)生器。在 PWM 輸出上運(yùn)用死區(qū)補(bǔ)償將避免在切換高側(cè)和低側(cè) FET 時(shí)產(chǎn)生短路，最好在硬件等級(jí)運(yùn)用以削減軟件開支。

TI MCU 的牽引逆變器操控環(huán)路推遲低至 2.5μs，AM2634-Q1 的推遲小于 4μs。這種等級(jí)的操控環(huán)路推遲將面向包含 SiC 架構(gòu)的未來規(guī)劃，。

增加功用安全要求

因?yàn)闋恳孀兤鞴┙o電力來操控電機(jī)，因而它們本質(zhì)上是功用安全型要害體系。因?yàn)?800V 體系有或許供給更高的功率、扭矩、速度（或三者兼而有之），因而牽引體系需求功用安全到達(dá)轎車安全完整性等級(jí) (ASIL) D 級(jí)要求。功用安全體系的一個(gè)要害部分是 超低功耗MCU芯片，因?yàn)樗枨笾悄艿刈龀霭踩魬?yīng)體系毛病的決議計(jì)劃。因而，運(yùn)用經(jīng)過 ASIL D 認(rèn)證的MCU是一個(gè)重要的安全元素。

為了讓工程師更輕松地滿意特定于牽引逆變器的體系安全要求，TI MCU 供給了額定的功用。例如，相電流反應(yīng)表明有關(guān)電機(jī)扭矩的信息，這使得這些信號(hào)對(duì)安全至關(guān)重要。因而，許多工程師更喜愛對(duì)相電流進(jìn)行冗余采樣，這意味著 MCU 有必要具有多個(gè)獨(dú)立的 ADC。

快速呼應(yīng)體系毛病

工程師面對(duì)的另一個(gè)應(yīng)戰(zhàn)是在呈現(xiàn)毛病時(shí)能夠快速將電機(jī)置于安全狀況，例如續(xù)流。在 AM2634-Q1 器材中，毛病通用輸入（用于過流、過壓或高速毛?。?huì)進(jìn)入到立異的可編程實(shí)時(shí)單元 (PRU)。在 PRU 中履行的固件能夠正確評(píng)價(jià)和呼應(yīng)毛病類型并履行所需的 PWM 維護(hù)序列，如圖 2 所示，然后依據(jù)需求直接將 PWM 置于安全狀況。這些操作產(chǎn)生在短短 105ns 內(nèi)。此外，因?yàn)楣碳怯脩艨蛇M(jìn)行編程的，因而工程師能夠在必要時(shí)增加額定的自定義邏輯來滿意他們的運(yùn)用要求。

圖 2：流程圖顯現(xiàn)了依據(jù)毛病輸入的 PWM 輸出的預(yù)期維護(hù)行為

跟著越來越多電動(dòng)轎車的出產(chǎn)，規(guī)劃趨勢(shì)將轉(zhuǎn)向 SiC 和 800V 技能，一起需求進(jìn)步電機(jī)操控功用并滿意牽引逆變器的功用安全要求。跟著國際朝著電氣化方向開展，功用和功率方面的立異關(guān)于協(xié)助轎車工程師規(guī)劃下一代電動(dòng)轎車至關(guān)重要。