大功率電機驅動的注意事項

 

對於汽車動力總成應用，典型的48V電機驅動係統需要10kW至30kW的電功率。傳統的12V電池係統無法滿足該功率水平
，因此必須采用48V架構來支持大功率電機驅動。

 

閱讀白皮書《如何構建功能安全的小型48V
、30kW輕混電動車電機驅動係統》
，詳細了解如何解決電機驅動係統驅動電路中的重大設計難題。

 

如圖1所示
，48V電機驅動器控製外部金屬-氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)，以使電機旋轉。這些外部MOSFET必須支持600A以上的電流才能實現30kW的功率目標。有效減小MOSFET的RDS(on)可減小熱耗散和導通損耗，在某些情況下

，每個通道中並聯多個MOSFET將有助於分散熱量，如應用手冊《使用DRV3255-Q1驅動並聯MOSFET》中所述。MOSFET的總柵極電荷可能高達1,000nC。

 

設計人員還需要優化由開關損耗引起的功率耗散，以使整個解決方案符合汽車電磁兼容性(EMC)規範。高柵極電流柵極驅動器（如DRV3255-Q1）可以驅動高柵極電荷MOSFET
，其峰值源電流高達3.5A，峰值吸電流高達4.5A。即使在柵極電荷為1,000nCdeqingkuangxia，rucigaodeshuchudianliuyekeyishixianhenduandeshangshenghexiajiangshijian。kexuandezhajiqudongqishuchudianliushuipingshininkeyiweitiaoshangshenghexiajiangshijian，congerzaikaiguansunhaohediancijianrongxing(EMC)之間進行優化。

 

圖1：大功率48V電機驅動器的最常見電源架構

 

即使電池的標稱電壓為48V，電源電壓也可能因運行期間的瞬態情況而發生很大的變化；請參閱圖2中國際標準化組織 (ISO) 21780 規定的電壓水平。此外，考慮到MOSFET寄生體二極管的反向恢複時間
，電機驅動器引腳需要能夠承受負瞬態電壓。

 

圖2：ISO 21780規定的48V係統的電壓水平

 

憑借能夠承受105V電壓的高側自舉引腳，DRV3255-Q1能夠在90V的電壓下支持真正的連續工作，並支持高達95V的瞬態電壓。自舉的高側MOSFET源極和低側MOSFET源極的額定瞬態電壓為–15V，從而提供大功率電機驅動器係統所需的強大保護。

 

48V電機驅動器的功能安全注意事項

 

48V電機驅動係統存在產生不必要功耗的風險
，這可能會導致出現過壓情況，從而損壞係統。正常的係統響應是使所有高側或低側MOSFET導通

，使電機電流再循環
，避免產生更多電流。如果出現故障，係統必須具有適當地切換功能性MOSFET的機製
，以避免進一步損壞。實施此類保護通常需要外部邏輯和比較器。

 

利用集成在DRV3255-Q1中的主動短路邏輯，您可以決定在檢測到故障情況時應如何響應。可以將該邏輯配置為啟用所有高側MOSFET、啟用所有低側MOSFET或在低側和高側MOSFET之間動態切換（具體取決於故障情況），而不是通過禁用所有MOSFET來響應故障情況。此外，DRV3255-Q1符合ISO 26262規定的功能安全標準，並包含診斷和保護功能，可支持ASIL D級的功能安全電機驅動器係統。

 

48V電機驅動器的尺寸注意事項

 

發動機艙中的空間有限
，因此要求48V電機驅動器係統的電路板具有較小的尺寸。圖3展示了傳統48V大功率電機驅動器設計的典型電機驅動器方框圖。要實現具有強大保護功能的安全電機驅動器係統
，需要使用鉗位二極管、外部驅動電路、彙路電阻器和二極管
、比較器以及外部安全邏輯。這些外部器件會導致布板空間增大並使係統成本升高。

 

圖3：典型的48V大功率電機驅動器方框圖

 

在采用DRV3255-Q1後，通過集成外部邏輯和比較器、可調節高電流柵極驅動器以及對大電壓瞬態的支持（無需額外的外部器件），可以提供顯著的優勢來有效減小總體電路板尺寸，如圖4所示。

 

圖4：簡化的DRV3255-Q1電機驅動器方框圖

 

隨著48V輕混電動車日益普遍，您是否考慮為下一輛汽車采用輕混電動車
？

 

 

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