牵引逆变器：汽车创新与性能的交汇点

踩下现代电动汽车（EV）的踏板，您将获得快速，平稳的加速。你应该满意吗？绝对不行。

而且您不必这样做，因为更高的性能和更长的行驶里程正在进入电动汽车。由于电动汽车将储存的能量转化为推进的方式，许多这些改进发生在电气水平上，而不是在牵引电机水平上。牵引逆变器技术的最新进展使其成为一个特别富有成效的增长领域。牵引逆变器管理从高压电池组到电机的能量流，转动车轮并推动车辆。大多数电动汽车的头条新闻都集中在电池系统的创新上，往往忽略了多千瓦的牵引逆变器。

阅读我们的白皮书“牵引逆变器 - 车辆电气化背后的驱动力”。

但是，由我们公司具有实时控制功能和隔离式栅极驱动器的微控制器实现的牵引逆变器的进步正在进一步推动对电动汽车性能的期望。更好的开关直接导致可靠性、性能、重量和功率密度的提高，更不用说为更轻、更快的电机铺平了道路。

结果：下一代电动汽车的驾驶将更加有趣。

“电力电子的创新实际上超越了机械方面的限制，”我们公司的HEV / EV牵引逆变器系统经理Xun Gong说。“我们正在接近机械极限。

设定新的效率标准

从某些方面来看，电动汽车已经非常高效。电动汽车的能源浪费仅为典型燃气发动机的四分之一。^1^但仍有很大的改进空间。引擎盖下更好的组件意味着更可靠、无故障的驾驶年限。当微控制器可以承担更多职责时，可以减少电路和外壳的数量，从而缩小汽车中整个电子系统的尺寸和重量。

我们公司为高压电机设计了工业控制器和电源集成电路（IC），用于艰苦的工业环境，能够承受恶劣条件数十年，这些经验告诉我们如何帮助客户解决电动汽车设计挑战。预计车辆将在严寒的温度，暴雨和炎热的日子里可靠地运行。

“我们从与工业客户及其电机驱动器的合作中学到了很多东西，我们的产品从一开始就是为高压系统设计的，”我们公司的隔离式栅极驱动器应用经理Audrey Dearien说。“我们正在通过建立在我们以前的创新基础上，使牵引逆变器变得更好。

碳化硅为何重要

推动电动汽车获得更高实际性能的最重要的变化之一是从绝缘栅双极晶体管（IGBT）到碳化硅（SiC）技术的过渡，用于牵引逆变器中使用的高压开关。由于SiC晶体管比IGBT更有效 - 将更多存储的电池输入转换为可用的电机输出 - 因此它们是自然的升级。它们也比IGBT小，运行温度更低，进一步减少了驱动系统的重量、尺寸和能源浪费。

但是，转向SiC交换带来了其他挑战。与IGBT技术相比，SiC开关更容易受到短路损坏。电动汽车需要合适的驱动技术来配合向SiC的转变。

“我们的闸门驱动器可以快速检测到短路，并在不到百万分之一秒的时间内关闭该开关，以保护其免受损坏，”Audrey说。

SiC晶体管的开关速度非常快，这是其效率优势的一部分。这种高开关速度还会产生高水平的电气噪声，从而错误地激活电机。我们的栅极驱动器通过安全功能控制这种风险，这些功能可减少驱动系统中噪音的影响。

“在过去，开关晶体管较慢，开关损耗只能如此之低，”Audrey说。“但是有了碳化硅，你就会得到一个非常快的开关，必须得到有效的控制。如果你没有有效的开关，你将无法获得SiC的全部优势。

支持更高的 EV 功率密度

牵引逆变器升级只是电动汽车行业更大追求的一部分。一个主要目标是提高高功率电子系统中的功率密度。这种改进将使更小的电路板产生更多的能量，这将减小功率转换系统，电机和其他驱动组件（包括牵引逆变器）的尺寸和重量。

“当功率密度提高时，汽车可以更轻，因此您可以更快地加速，”Xun说。“或者你在车里获得更多的空间，所以有更多的座位空间。

集成动力总成系统是提高功率密度的一种方法。模拟和嵌入式处理技术的进步使汽车制造商能够将车载充电器、DC/DC转换器和牵引逆变器等单个系统组合到单个域控制器下的单个紧凑机械外壳中。通过集成动力总成，汽车制造商可以将设计成本降低一半，同时提高效率，提高可靠性和功率密度。这反过来又为驾驶员创造了更好的体验，包括更低的购买或拥有成本，更长的车辆寿命以及更好的道路性能。

下一代牵引逆变器通过提供以下功能提高了电动汽车的效率和性能：

效率水平为 800 伏 。今天的大多数电动汽车都使用400伏的电池组，但该行业正在转向800伏。800伏电机可以以每分钟两倍的转速运行，但能量损失和浪费的风险更高。我们的高性能微控制器（MCU）和快速栅极驱动器已准备好应对挑战，具有快速电流环路控制功能，每百万分之一秒即可调整电机开关算法。

“随着系统中功率水平的提高，任何低效率造成的损失都变得更加明显，”我们公司Sitara™ MCU的产品线经理Mike Pienovi说。“为了利用这一新潜力，您需要具有低延迟、高精度传感和控制的微控制器，以支持更高的开关频率并最大限度地提高效率。

道路就绪安全 。我们专有的隔离技术可以帮助汽车及其高压电池在道路上安全运行。此外，我们的汽车微控制器和其他用于牵引逆变器和电机控制的组件符合功能安全标准，可以帮助系统设计人员满足所有安全完整性水平，最高可达ASIL D，这是最严格的汽车安全测试。

提高了可靠性 。我们的产品和系统设计可以通过增强的电容隔离、故障检测和健康状态监测（包括热量和电压监测）来帮助延长牵引逆变器和其他关键电动汽车部件的使用寿命。这些诊断和组件运行状况检查提供早期预警和变通办法选项，帮助汽车制造商降低关键组件的及时故障率。

当它们到来时，下一代轻型超快电机可能会占据大部分头条新闻。但知情的电动汽车驾驶员会明白，他们的大部分性能和可靠性都是通过牵引逆变器的进步来实现的。

^1^ https://www.fueleconomy.gov/feg/atv-ev.shtml