ZHDA308 May   2026 UCC34141

 

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  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

相关失效注意事项

相关失效分析 (DFA) 是一种系统安全分析方法,旨在识别和评估可能导致系统内多个元件同时失效的共因失效或级联失效。DFA 的核心原理为分析系统内部耦合依赖关系,识别可导致多项安全功能同时失效的失效触发源,如环境因素、设计缺陷、制造工艺问题、外部干扰等。

DFA 的主要过程遵循四个关键步骤:

  • 步骤 1:列出架构元素并识别依赖对
  • 步骤 2:确定可能导致违反安全目标的相关失效的相关失效触发源 (DFI)
  • 步骤 3:确定必要的安全措施来控制或缓解相关失效。若独立性不满足要求,需补充附加措施
  • 步骤 4:评估控制或避免相关失效的措施的有效性

受篇幅限制,表 3-2 仅展示牵引逆变器系统 DFA 分析的部分内容,分析重点为位置传感器子系统。

表 3-2 牵引逆变器 DFA 表格示例
元件 相关元素 DFI 类型 DFI 根本原因 DFI 影响 故障预防措施 故障控制措施

#1

LDC5073-Q1

#2

LDC5073-Q1

共享资源失败 共享电源 3.3V 共享电源失效可能导致 #1 LDC5073-Q1 和#2 LDC5073-Q1 同时丧失功能 PMIC TPS65386x-Q1 3.3V LDO 嵌入了输出电压监控功能,可用于 UV、OV、SC 事件。
  • PMIC IC 级验证和测试
  • 由客户开展集成测试
共享电源元件 PMIC 失效可能导致#1 LDC5073-Q1 和#2 LDC5073-Q1 同时丧失功能 TPS65386-Q1 具有 BIST、UVLO、VMON、CRC 等多种安全机制,可覆盖 PMIC 的失效
  • PMIC IC 级验证和测试
  • 由客户开展集成测试
单一物理根本原因 串扰 位置传感器的位置可能会受到串扰干扰,导致 #1 LDC5073-Q1 和 #2 LDC5073-Q1 同时丧失功能 不适用 开展仿真与验证测试,验证性能指标。
局部发热 位置传感器受局部发热影响,可能导致 #1 LDC5073-Q1 和 #2 LDC5073-Q1 同时丧失功能 不适用
  • 规格书规定了环境温度范围。本器件针对上述工况完成设计/仿真和测试工作
  • 器件已通过 AEC-Q100 高温工作寿命认证。
环境类故障 EMI 部分应用场景中,#1 LDC5073-Q1 和 #2 LDC5073-Q1 可能会受到影响,同时出现功能丧失 不适用 由客户开展集成测试
ESD 位置传感器位置可能受静电放电 (ESD) 干扰,导致 #1 LDC5073-Q1 和 #2 LDC5073-Q1 同时丧失功能 针对特定边界的 ESD 保护设计。 规格书明确 ESD 限值,并且所有引脚依据 ESD 标准完成 ESD 测试

在我们的牵引逆变器系统 FuSa 设计中,已全面实施 DFA 分析方法。因此,我们的设计中采用了多样化的冗余、物理隔离、独立监控和其他保护措施,以保证系统发生共因失效时仍可维持所需安全功能。这些措施显著提高了牵引逆变器系统的 FuSa 等级与可靠性。

该系统化相关失效分析方法可在设计早期识别潜在共因失效,并落实相应对策,防止发生危及牵引逆变器系统整体安全的同步失效。