ZHDA308 May   2026 UCC34141

 

  1.   1
  2.   摘要
  3.   商标
  4. 1简介
    1. 1.1 终端设备牵引逆变器
    2. 1.2 逆变器为何需要安全性？
    3. 1.3 FuSa 开发流程
      1. 1.3.1 V 模型开发
      2. 1.3.2 逆变器安全生命周期
  5. 2牵引逆变器的 FuSa 要求
    1. 2.1 牵引逆变器结构与功能介绍
    2. 2.2 FuSa 要求推导过程
    3. 2.3 安全目标
    4. 2.4 FuSa 概念
      1. 2.4.1 FSC 设计架构
      2. 2.4.2 故障树分析
      3. 2.4.3 FuSa 要求
    5. 2.5 技术安全概念
      1. 2.5.1 TSC 设计体系结构
      2. 2.5.2 失效模式和影响分析
      3. 2.5.3 技术安全要求
  6. 3逆变器上的安全设计实现方案
    1. 3.1 TI FuSa 产品
    2. 3.2 TSR 如何实现？
      1. 3.2.1 位置传感器
      2. 3.2.2 MCU
      3. 3.2.3 逻辑电路
      4. 3.2.4 智能隔离式栅极驱动器
    3. 3.3 相关失效注意事项
    4. 3.4 牵引逆变器的详细 FuSa 设计结构
    5. 3.5 借助 TI 安全器件实现 FuSa 要求
      1. 3.5.1 MCU
      2. 3.5.2 栅极驱动器
        1. 3.5.2.1 栅极监控电路和过流保护
        2. 3.5.2.2 UCC5881-Q1 中的其他安全机制
      3. 3.5.3 隔离辅助电源
        1. 3.5.3.1 集中式低压隔离式电源架构
        2. 3.5.3.2 全分布式低压隔离式电源架构
        3. 3.5.3.3 半分布式低压隔离式电源架构
        4. 3.5.3.4 高压隔离式偏置电源
        5. 3.5.3.5 TI 的牵引逆变器中隔离式偏置电源设计
      4. 3.5.4 电源管理 IC
        1. 3.5.4.1 具有保护和独立热关断功能的多路径电源轨
        2. 3.5.4.2 电源轨电压监控
        3. 3.5.4.3 MCU 故障监控和其他保护机制
      5. 3.5.5 位置传感器
      6. 3.5.6 电流传感器
      7. 3.5.7 电压传感器
        1. 3.5.7.1 隔离式直流电压检测
        2. 3.5.7.2 非隔离式直流电压检测
      8. 3.5.8 温度传感器
  7. 4总结
  8. 5参考资料

3.5.2.1 栅极监控电路和过流保护

要正确进入 ASC 安全状态，牵引逆变器必须能够可靠地导通全部三个高侧电源开关或全部三个低侧电源开关，同时使另一组桥臂保持关断状态。UCC5881-Q1 集成了一个栅极监控电路，可检测栅极驱动器输出电压电平是否与来自 MCU 的输入 PWM 信号匹配。该电路可快速检测栅极驱动器输出故障或电源开关短路/开路情况。通过监控每个栅极驱动器和电源开关的运行状况，MCU 便可在向安全状态转换期间，据此判断应导通哪些电源桥臂。图 3-12 中展示了栅极监控器电路方框图。

UCC5881-Q1 中的栅极监控器电路图 3-12 UCC5881-Q1 中的栅极监控器电路

过流保护是牵引逆变器中的一项关键安全功能，若过流状况未得到抑制，且未能在 2–3 微秒（SiC 器件的典型值）内得到解决，就可能导致严重的器件损坏。UCC5881-Q1 集成了一个 DESAT 电路，可实现快速过流保护。DESAT 输入通过外部电阻器和二极管网络监测 IGBT 的集电极-发射极饱和电压 (VCEsat) 或 MOSFET 的漏-源导通状态电压 (VDSon)，如图 3-13 所示。

当功率 FET 导通时，内部电流源 ICHG 会正向偏置 DESAT 二极管并灌入外部电源开关的集电极/漏极。一旦 DESAT 输入电压充至阈值，便会检测到 DESAT 故障。UCC5881-Q1 上报故障并对功率模块执行软关断，以减小关断过程中的电压尖峰。随后，MCU 根据来自 6 个栅极驱动器的 DESAT 与栅极监控信息，强制系统进入适当的安全状态。

UCC5881-Q1 的 DESAT 电路方框图图 3-13 UCC5881-Q1 的 DESAT 电路方框图

栅极监控与快速过流保护的组合，可确保牵引逆变器能够快速检测异常运行状况，并在功率元件受损或电机产生意外扭矩之前转入安全状态。