德州儀器（TI）推出了適用于48 V大功率電機(jī)控制系統(tǒng)的0級無刷直流（BLDC）電機(jī)驅(qū)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(jī)。TI提供的電機(jī)驅(qū)動器可實(shí)現(xiàn)功能安全性，并支持ASIL-D系統(tǒng)級認(rèn)證。在TI的媒體簡報中，Motor Drives BU的總經(jīng)理兼發(fā)言人Kannan Soundarapandian強(qiáng)調(diào)了這種DRV3255-Q1解決方案如何通過提供高的柵極驅(qū)動電流和集成的安全功能來幫助將電路板尺寸減少多達(dá)30％。

在許多國家，汽車電氣化已成為主流。至關(guān)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(shí)現(xiàn)能效目標(biāo)。Soundarapandian說：“使現(xiàn)有汽車制造達(dá)到排放目標(biāo)的一種方法是將汽油或內(nèi)燃機(jī)與48伏電系統(tǒng)配對?！?/p>

由于這是傳動系統(tǒng)和牽引系統(tǒng)的一部分，因此變得必要的另一件事是安全性。在這個領(lǐng)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(chǎn)品都必須能夠在系統(tǒng)級別支持ASIL-D認(rèn)證。”

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(tǒng)，它必須能夠承受那些極端條件，并且必須堅(jiān)固耐用，并且在所有外部環(huán)境下都不會出現(xiàn)任何故障。

48V電機(jī)驅(qū)動器架構(gòu)

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(tǒng)，以幫助減少內(nèi)燃機(jī)（ICE）的溫室氣體排放。

在輕度混合動力系統(tǒng)中，與熱力發(fā)動機(jī)連接的是可逆交流發(fā)電機(jī)/起動機(jī)（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(shù)的汽車越來越受歡迎，因?yàn)樗梢詼p少燃油消耗和排放，并特別延長柴油機(jī)的使用壽命。

在大多數(shù)高級型號中，系統(tǒng)的工作電壓為48伏，以提供高達(dá)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(jī)可以水冷。其他大多數(shù)車載系統(tǒng)均保持在12伏特。

48伏特MHEV技術(shù)非常便捷，高效：當(dāng)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(jī)完全關(guān)閉的情況下，汽車可以繼續(xù)慣性行駛長達(dá)40秒，進(jìn)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(tǒng)使用來自導(dǎo)航系統(tǒng)和車載傳感器的信息來決定何時最方便關(guān)閉發(fā)動機(jī)或回收能量。

導(dǎo)致成功設(shè)計48V電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的因素是大功率電動機(jī)，安全性和小尺寸。優(yōu)化大功率電機(jī)的驅(qū)動器對于幫助減少溫室氣體排放很重要。

安全性很重要，因?yàn)?8 V電動機(jī)可提供10 kW至30 kW的功率，并在充當(dāng)起動發(fā)電機(jī)時為電動機(jī)提供起動輔助。小尺寸便于實(shí)現(xiàn)，因?yàn)檫@些設(shè)備位于ICE內(nèi)發(fā)動機(jī)艙中的有限空間內(nèi)。

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

一個48 V大功率電動機(jī)驅(qū)動器驅(qū)動外部MOSFET來使電動機(jī)轉(zhuǎn)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(guān)損耗以確保符合電磁兼容性（EMC）規(guī)范至關(guān)重要。

圖1： 。大功率48V電機(jī)驅(qū)動器的通用電源架構(gòu)

DRV3255-Q1

48 V電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的一個重要問題是電動機(jī)會產(chǎn)生不必要的功率，從而導(dǎo)致過壓情況?！皥D2顯示了用于電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的典型48 V大功率電機(jī)驅(qū)動框圖。通過去除如圖3所示的虛線塊，可以將DRV3255-Q1實(shí)際應(yīng)用于48 V大功率電動系統(tǒng)?！?/p>

圖3：簡化的DRV3255-Q1電機(jī)驅(qū)動器框圖

TI符合功能安全標(biāo)準(zhǔn)的DRV3255-Q1使制造商能夠設(shè)計一種電機(jī)驅(qū)動器系統(tǒng)，以幫助實(shí)現(xiàn)高達(dá)ASIL D的MHEV系統(tǒng)，提供高達(dá)30 kW的功率并改善重型48V電機(jī)驅(qū)動器系統(tǒng)的響應(yīng)時間車。

DRV3255-Q1是業(yè)界首款48V三相BLDC電機(jī)驅(qū)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(jié)合有源短路邏輯和動態(tài)故障響應(yīng)，新的電動機(jī)驅(qū)動器可提供高達(dá)30 kW的電動機(jī)功率，同時減少了48 V電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)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(dǎo)致的災(zāi)難性系統(tǒng)故障。動態(tài)故障響應(yīng)會在過壓條件下自動將電機(jī)驅(qū)動器切換到活動短路模式，從而保護(hù)車輛電機(jī)和電氣組件免受過壓應(yīng)力的影響，并優(yōu)化系統(tǒng)性能。
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