ZHCABU4B June   2020  – October 2022 UCC21710-Q1 , UCC21732-Q1 , UCC5870-Q1

 

  1.   使用隔离式 IGBT 和 SiC 栅极驱动器的 HEV/EV 牵引逆变器设计指南
  2. 1引言
  3. 2HEV/EV 概要
    1. 2.1 HEV/EV 架构
    2. 2.2 HEV/EV 牵引逆变器系统架构
    3. 2.3 HEV/EV 牵引逆变器系统性能影响
  4. 3HEV/EV 牵引逆变器驱动级的设计
    1. 3.1  UCC217xx-Q1 简介
    2. 3.2  使用 UCC217xx-Q1 设计牵引逆变器驱动系统
    3. 3.3  保护特性的说明
    4. 3.4  UCC217xx-Q1 的保护特性
    5. 3.5  UCC217xx-Q1 保护和监控特性描述
      1. 3.5.1 初级侧和次级侧 UVLO 和 OVLO
      2. 3.5.2 过流 (OC) 和去饱和 (DESAT) 检测
      3. 3.5.3 2 级和软关断
      4. 3.5.4 开关管栅极电压 (VGE/VGS) 监控
      5. 3.5.5 开关管防击穿
      6. 3.5.6 集成式内部或外部米勒钳位
      7. 3.5.7 隔离式模拟至 PWM 通道
      8. 3.5.8 短路钳位
      9. 3.5.9 有源下拉
    6. 3.6  UCC5870-Q1 简介
    7. 3.7  使用 UCC5870-Q1 设计牵引逆变器驱动系统
    8. 3.8  保护特性的说明
    9. 3.9  UCC5870-Q1 的保护特性
    10. 3.10 UCC5870-Q1 保护和监控特性描述
      1. 3.10.1  初级侧和次级侧 UVLO 和 OVLO
      2. 3.10.2  可编程去饱和 (DESAT) 检测和过流 (OC)
      3. 3.10.3  可调 2 级或软关断
      4. 3.10.4  有源高压钳位
      5. 3.10.5  开关管栅极电压 (VGE/VGS) 监控
      6. 3.10.6  栅极阈值电压监控器
      7. 3.10.7  开关管防击穿
      8. 3.10.8  主动短路 (ASC)
      9. 3.10.9  集成式内部或外部米勒钳位
      10. 3.10.10 隔离式模数转换器
        1. 3.10.10.1 功率晶体管的温度监控
      11. 3.10.11 短路钳位
      12. 3.10.12 有源和无源下拉
      13. 3.10.13 驱动器 IC 的热关断和温度警告
      14. 3.10.14 时钟监控器和 CRC
      15. 3.10.15 SPI 和寄存器数据保护
  5. 4隔离式偏置电源架构
  6. 5总结
  7. 6参考文献
  8. 7修订历史记录

2.3 HEV/EV 牵引逆变器系统性能影响

在牵引逆变器的设计和实施过程中，必须考虑所有失效模式，以确保安全高效地运行。表 2-2 中显示了一些可能影响电机性能的机械或电子失效，这些失效与逆变器系统有关。本应用手册将不讨论电机短路或因机械失效而开路等原因，而是更详细地讨论从电力电子产品的有利位置发生的失效以及本节中概述的预防机制。

表 2-2 牵引逆变器系统事件示例
牵引逆变器系统影响机械原因电子器件原因预防机制
低于扭矩线圈短路或开路IGBT 短路或开路IGBT 保护
栅极驱动器损坏自检和诊断
栅极驱动器输出锁存
栅极驱动器逻辑错误
隔离失效
MCU 失效MCU 看门狗
PMIC 失效PMIC 监测器
传感器失效冗余传感
超过扭矩不适用MCU 失效MCU 看门狗
传感器失效冗余传感
意外的电机换向不适用MCU 失效MCU 看门狗
意外的电机关断/无输出线圈短路或开路IGBT 短路或开路IGBT 保护
直流总线失效电压监视器
MCU 失效MCU 看门狗
PMIC 失效PMIC 监测器

如前所述，施加到电机三个绕组上的电压决定了电机的速度和扭矩。各种事件都可能会导致干扰。逆变器中的功率开关器件（从现在开始称为 IGBT）可能会由于机械失效、过热等原因而短路或开路。如果由于过热或机械原因而损坏、具有锁存输出、接收到来自 MCU 的错误信号或遇到隔离栅故障，栅极驱动器本身可能成为失效源。为了涵盖各种潜在失效，栅极驱动器和辅助电路用于监控开关管是否存在短路、适当的栅极电压和其他信号，以保护 IGBT 和栅极驱动器。此外，还包含电路，用于在运行周期后发生潜在失效的情况下对关键功能执行自检。除了栅极驱动电路外，MCU 或 PMIC 还应具有冗余监控电路，以防止控制器失效或电源失效。

以下各节介绍了 UCC217xx-Q1 和 UCC5870-Q1 驱动器，它们的集成保护和诊断功能，以及它们如何简化牵引逆变器系统的设计。必要时还描述了外部电路，以帮助执行自检和诊断。