【導讀】牽引逆變器是電動汽車 (EV) 中消耗電池電量的主要零部件

，功率級別可達 150kW 或huo更geng高gao。牽qian引yin逆ni變bian器qi的de效xiao率lv和he性xing能neng直zhi接jie影ying響xiang電dian動dong汽qi車che單dan次ci充chong電dian後hou的de行xing駛shi裏li程cheng。因yin此ci，為wei了le構gou建jian下xia一yi代dai牽qian引yin逆ni變bian器qi係xi統tong，業ye界jie廣guang泛fan采cai用yong碳tan化hua矽gui (SiC) 場效應晶體管 (FET) 來實現更高的可靠性、效率和功率密度。

圖 1 所示的隔離式柵極驅動器集成電路 (IC) 提供從低電壓到高電壓（輸入到輸出）的電隔離，驅動逆變器每相的高邊和低邊功率模塊，並監測和保護逆變器免受各種故障的影響。根據汽車安全完整性等級 (ASIL) 功能安全要求
，柵極驅動器 IC 必須符合 ISO26262 標準，確保對單一故障和潛在故障的故障檢測率分別為 ≥99% 和 ≥90%。

在本文中，我們將重點介紹實時可變柵極驅動強度的技術優勢

，這項新功能可讓設計人員優化係統參數，例如效率（影響電動汽車行駛裏程）和 SiC 過衝（影響可靠性）。

圖 1：電動汽車牽引逆變器框圖

通過實時可變柵極驅動強度提高效率

柵極驅動器 IC 必須盡可能高效地導通 SiC FET，tongshijinkenengjiangdikaiguansunhao。kongzhihegaibianzhajiqudongdianliuqiangdudenenglikejiangdikaiguansunhao，dandaijiashizaikaiguanqijianzengjialekaiguanjiedianchudeshuntaiguochong。gaibianzhajiqudongdianliukekongzhi SiC 的開關速度，如圖 2 所示。

圖 2：通過改變柵極驅動器 IC 驅動強度控製 SiC 開關速度

柵極驅動電流的實時可變功能可實現瞬態過衝管理以及整個高電壓電池能量周期的設計優化。充滿電且荷電狀態為 100% 至 80% 的電池應使用較低柵極驅動強度
，將 SiC 電壓過衝保持在限製範圍內。隨著電池電量從 80% 降至 20%

，采用較高柵極驅動強度可降低開關損耗並提高牽引逆變器效率，在充電周期 75% 的時間內都屬於這種情況，因此對係統效率的提升非常明顯。圖 3 展示了典型的瞬態過衝與電池峰值電壓和電量狀態的關係。

圖 3：瞬態過衝與電池峰值電壓和電量狀態的關係

UCC5880-Q1 是一款最大 20A 的 SiC 
，具有多種保護功能，適用於汽車應用中的牽引逆變器。其柵極驅動強度介於 5A 至 20A 之間
，並且可通過一個 4MHz 雙向串行外設接口SPI總線或三個數字輸入引腳進行調整。圖 4 展示了實現可變柵極驅動強度的雙分離輸出的實現方案。

圖 4：UCC5880-Q1 的雙路輸出分離柵極驅動結構

使用 DPT 評估功率級開關

評估牽引逆變器功率級開關性能的標準方法是雙脈衝測試 (DPT)

，它可以在不同電流下閉合和斷開 SiC 功率開關。通過改變開關時間，可以控製和測量工作條件下的 SiC 開啟和關斷波形

，從而有助於評估效率和 SiC 過衝，後者會影響可靠性。圖 5 展示了 UCC5880-Q1 低邊 DPT 設置的可變強度柵極驅動器和 SiC 半橋的連接圖。

圖 5：低邊 DPT 框圖

表 1 的結果展示了具有可變強度的 SiC 如何幫助控製過衝，同時更大限度地提高效率和優化熱性能。EON 和 EOFF 分別是開啟和關斷開關能量損耗。VDS,MAX 是最大電壓過衝
，TOFF 和 TON dv/dt 分別是 VDS 在開啟和關斷期間的開關速度。

表 1：DPT 摘要（800V 總線，540A 負載電流
，從左到右依次為最高到最低柵極驅動）

緩解過衝

圖 6 的波形展示了可變柵極驅動強度對 SiC 過衝的影響，因為 UCC5880-Q1 柵極驅動電阻和驅動強度是實時控製的。使用較低的柵極驅動（SiC 關斷）可減輕功率級過衝。

(a)

(b)

圖 6：實時可變柵極驅動強度對 SiC 過衝的影響：SiC 強驅動關斷 (a)；SiC 弱驅動關斷 (b)

表 2 列出了用於比較的實際測量值。根據係統寄生效應和噪聲控製目標，您可以相應地在過衝

、dv/dt 和開關損耗之間進行權衡。

表 2：柵極驅動強度與 SiC FET 壓擺率、過衝結果和能量損耗間的關係

延長行駛裏程

使用 UCC5880-Q1 的強大柵極驅動控製功能來降低 SiC 開關損耗時，效率提升可以非常顯著，具體取決於牽引逆變器的功率級別。如圖 7 所示，使用全球統一輕型汽車測試程序 (WLPT) 和實際駕駛計程速度和加速度進行建模表明
，SiC 功率級效率提升可高達 2%
，相當於每塊電池增加 11 公裏的行駛裏程。這 11 公裏可能決定著消費者是找到充電樁還是被困在路上。

圖 7：WLPT 和真實計程速度和加速度直方圖

UCC5880-Q1 還包括 SiC 閾(yu)值(zhi)監(jian)測(ce)功(gong)能(neng)

，可(ke)在(zai)係(xi)統(tong)生(sheng)命(ming)周(zhou)期(qi)內(nei)電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)每(mei)次(ci)按(an)鍵(jian)啟(qi)動(dong)時(shi)執(zhi)行(xing)閾(yu)值(zhi)電(dian)壓(ya)測(ce)量(liang)
，並(bing)向(xiang)微(wei)控(kong)製(zhi)器(qi)提(ti)供(gong)電(dian)源(yuan)開(kai)關(guan)數(shu)據(ju)

，用(yong)於(yu)預(yu)測(ce)電(dian)源(yuan)開(kai)關(guan)故(gu)障(zhang)。

結語

隨著電動汽車牽引逆變器的功率級別接近 300kW，人們迫切需要更高的可靠性和更高的效率。選擇具有實時可變柵極驅動強度的 SiC 有助於實現上述目標。UCC5880-Q1 附帶設計支持工具，包括評估板、用戶指南和功能安全手冊，可協助您進行設計。 

免責聲明：本文為轉載文章，轉載此文目的在於傳遞更多信息
，版權歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權問題


，請聯係小編進行處理。

推薦閱讀：

TI全新95nA超低靜態電流的升壓轉換器，助力更長續航的連續血糖監測方案

超低靜態電流升壓轉換器TPS61299——可穿戴設備的可靠搭

幾種紅外LED反向擊穿類型

對比兩個具有無限間斷點信號的頻譜

千億級遠程醫療市場爆發，互聯醫療設備如何應對需求多樣化

？