適用于48V大功率電機控制系統的無刷直流電機驅動器

德州儀器（TI）推出了適用于48 V大功率電機控制系統的0級無刷直流（BLDC）電機驅動器，例如輕度混合動力電動汽車（MHEV）中的牽引逆變器和起動發(fā)電機。TI提供的電機驅動器可實現功能安全性，并支持ASIL-D系統級認證。在TI的媒體簡報中，Motor Drives BU的總經理兼發(fā)言人Kannan Soundarapandian強調了這種DRV3255-Q1解決方案如何通過提供高的柵極驅動電流和集成的安全功能來幫助將電路板尺寸減少多達30％。

在許多國家，汽車電氣化已成為主流。至關重要的是，全球計劃是到2030年將溫室氣體排放量與1990年相比減少約40％，以實現能效目標。Soundarapandian說：“使現有汽車制造達到排放目標的一種方法是將汽油或內燃機與48伏電系統配對?！?/p>

由于這是傳動系統和牽引系統的一部分，因此變得必要的另一件事是安全性。在這個領域，功能安全性幾乎是給定的。因此，我們投放市場的任何種類的硅產品都必須能夠在系統級別支持ASIL-D認證?！?/p>

除安全性外，要考慮的其他因素是公差。如果您考慮一個在振動和熱量作用下的傳動系統，它必須能夠承受那些極端條件，并且必須堅固耐用，并且在所有外部環(huán)境下都不會出現任何故障。

48V電機驅動器架構

減少溫室氣體（GHG）排放的全球計劃已觸發(fā)了汽車工業(yè)的發(fā)展，以增加新車的動力總成電氣化程度。輕度混合動力汽車（MHEV）采用48V動力總成系統，以幫助減少內燃機（ICE）的溫室氣體排放。

在輕度混合動力系統中，與熱力發(fā)動機連接的是可逆交流發(fā)電機/起動機（BES），可提供更多動力以降低燃油消耗和排放。配備輕度混合動力技術的汽車越來越受歡迎，因為它可以減少燃油消耗和排放，并特別延長柴油機的使用壽命。

在大多數高級型號中，系統的工作電壓為48伏，以提供高達30kW的功率并最大程度地減少電纜中的散熱；另外，電動發(fā)電機可以水冷。其他大多數車載系統均保持在12伏特。

48伏特MHEV技術非常便捷，高效：當駕駛員以55至160 km / h的速度將腳從加速器上移開時，在發(fā)動機完全關閉的情況下，汽車可以繼續(xù)慣性行駛長達40秒，進入所謂的飆升模式。但是，在較低速度下，啟動/停止階段最早可在22 km / h時開始。牽引力管理系統使用來自導航系統和車載傳感器的信息來決定何時最方便關閉發(fā)動機或回收能量。

導致成功設計48V電動機驅動系統的因素是大功率電動機，安全性和小尺寸。優(yōu)化大功率電機的驅動器對于幫助減少溫室氣體排放很重要。

安全性很重要，因為48 V電動機可提供10 kW至30 kW的功率，并在充當起動發(fā)電機時為電動機提供起動輔助。小尺寸便于實現，因為這些設備位于ICE內發(fā)動機艙中的有限空間內。

48 V大功率電動機驅動器有幾種電源架構。Soundarapandian重點介紹了如圖1和2所示的通用架構。一個48 V電池和一個DC / DC降壓穩(wěn)壓器為電機驅動器供電。12 V電池支持基本的電機控制功能。

一個48 V大功率電動機驅動器驅動外部MOSFET來使電動機轉動。為了支持10 kW至30 kW的功率，這些外部MOSFET必須支持200 A至600 A以上的電流。減少開關損耗以確保符合電磁兼容性（EMC）規(guī)范至關重要。

圖1： 。大功率48V電機驅動器的通用電源架構

DRV3255-Q1

48 V電動機驅動系統的一個重要問題是電動機會產生不必要的功率，從而導致過壓情況?！皥D2顯示了用于電機驅動系統的典型48 V大功率電機驅動框圖。通過去除如圖3所示的虛線塊，可以將DRV3255-Q1實際應用于48 V大功率電動系統?！?/p>

圖3：簡化的DRV3255-Q1電機驅動器框圖

TI符合功能安全標準的DRV3255-Q1使制造商能夠設計一種電機驅動器系統，以幫助實現高達ASIL D的MHEV系統，提供高達30 kW的功率并改善重型48V電機驅動器系統的響應時間車。

DRV3255-Q1是業(yè)界首款48V三相BLDC電機驅動器，在高端和低端集成了有源短路邏輯，從而消除了外部晶體管和控制邏輯。通過結合有源短路邏輯和動態(tài)故障響應，新的電動機驅動器可提供高達30 kW的電動機功率，同時減少了48 V電動機驅動系統中的電路板空間和材料清單成本。

有源短路邏輯功能有助于防止由于過電壓而導致的災難性系統故障。動態(tài)故障響應會在過壓條件下自動將電機驅動器切換到活動短路模式，從而保護車輛電機和電氣組件免受過壓應力的影響，并優(yōu)化系統性能。
編輯：hfy