分享汽车电子战及实用技术手册

本篇文章给大家介绍了一些关于分享汽车电子战及实用技术手册和汽车html的话题,希望大家喜欢。


全汽车电子产业的发展与汽车产业的发展密切相关,美国、欧洲、日本是全传统汽车的主要市场,也是汽车电子产业的技术领先者,拥有核心技术。汽车电子行业市场发展优势。


作为后来者,中国汽车工业近年来取得了快速发展。其中不乏全新能源汽车销量第一的国产——比亚迪、被誉为“秋明山汽车之神”的国民汽车——武陵弘光等优秀汽车品牌。中国汽车工业的繁荣与中国汽车电子产业的快速增长有着直接的联系,而其背后是工程师们夜以继日的技术攻关。为了促进中国汽车电子行业的繁荣和伟大,我们首先在电源网站上向您展示有关汽车电子的各种学习资源,帮助您攻克技术难题。


电动车800V逆变器


过去几年,道路上的电动汽车(EV)数量大幅增加,给设计人员带来了重大挑战,例如最大限度地提高电动汽车效率、优化充电基础设施和缩短充电时间。


在任何电动汽车中,牵引逆变器在将电动汽车电池的直流电流转换为电动机用来驱动车辆推进系统的交流电流方面发挥着关键作用。


提高牵引逆变器的性能有几个好处


相同的电池价格,更长的行驶里程,更短的充电时间,更长的电池寿命,或者


要达到相同的续航里程,请使用更小、更便宜的电池。


电动汽车使用三相交流电机,工作电压高达1kV,开关频率高达20kHz。对于目前牵引逆变器中使用的硅基MOSFET和IGBT来说,这些要求非常苛刻,因为它们非常接近器件的理论极限。在实践中,大功率IGBT和MOSFET由于ON和OFF状态之间的过渡缓慢而无法承受高开关频率,从而导致开关损耗。


通过使用适合高功率和高频应用的宽带隙宽带隙半导体可以克服这些。WBG材料的导带和价带之间具有更大的能量分离,使其能够在更高的电压下工作。此外,由于GaN具有非常高的临界场强,因此与相同尺寸的硅基晶体管相比,GaNMOSFET可以在更高的电压下无误差地工作。因此,GaN晶体管采用更小的架构制造,减少了分布电容,并实现了更高的开关频率。


由于电子迁移率高,GaN晶体管的比导通电阻比同等硅基MOSFET低得多,从而将传导损耗减少一半。此外,GaN器件产生的废热更少,有助于改善热管理并减少解决方案占用空间。


与同等硅基器件相比,GaN的栅极和输出电荷更低,可提供更快的开启时间和转换速率,同时降低损耗。对于电动汽车牵引逆变器来说,这意味着更少的传导和开关,这意味着它们可以行驶更远的距离或使用更小的电池。


如表1所示,根据标称负载曲线,典型的电动汽车牵引逆变器在95%的行驶时间内以其满额定负载的30%运行。在这些条件下,开关损耗主导传导损耗。


表1典型电动汽车牵引逆变器的运行概述


为了提高电动汽车牵引逆变器的效率,您有以下三种选择


在某些条件下,逆变器的硅基功率器件会被替换为等效的GaN组件。与具有低品质因数和零反向恢复电荷的GaN器件不同,硅MOSFET具有不可忽视的反向恢复电荷,具体取决于其尺寸和特性。当MOSFET关闭时,体二极管上的反向恢复电荷会产生损耗,这些损耗加起来就等于总开关损耗。这些损耗随着开关频率线性增加,使得MOSFET不适合许多高频应用。


通过迁移到基于SiCMOSFET和SiC二极管的完整SiC解决方案来降低损耗。SiCMOSFET可以在比传统硅基功率器件更高的开关频率下工作,从而减小电感器、电容器、变压器和系统冷却的尺寸和重量。然而,大电流SiCMOSFET存在单片载流性能低、高温下性能下降等题。此外,SiCMOSFET和IGBT都需要适当的栅极驱动和电路保护。


采用由IGBT和GaN解决方案组成的T形混合设计,可提高低负载下的传动系统效率。该解决方案将IGBT的低成本和低导通损耗与GaN的卓越开关性能结合在一起。部分负载时,逆变器工作在三电平模式,此时IGBT两端电压为400V,减少了损耗。满负载时,逆变器进入两电平模式,其中IGBT两端的电压升至800V的总总线电压。


值得注意的是,在两电平逆变器中,输出电压是使用具有两个电压电平的PWM生成的。这会导致输出电压和电流出现高水平的总谐波失真(THD)。为了克服这个题,使用大电容器来吸收由PWM开关频率引起的纹波电流。


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选择合适的汽车级IGBT模块中国首次解读汽车IGBT标准


IGBT代表绝缘栅双极晶体管,是一种广泛应用于电力电子行业的半导体器件。这里描述的模块是一种特定形式的封装,充当IGBT芯片的载体和保护。


近年来,随着新能源汽车产业的积极发展,越来越多的汽车级IGBT产品出现。了解汽车行业的半导体标准可以加深对器件特性的了解,帮助开发人员选择合适的产品。


半导体标准


半导体标准体系内有JEDEC联合电子器件委员会、IEC电工委员会等标准。


汽车行业标准


在汽车行业,有一个AEC汽车电子委员会标准AQG324,是汽车IGBT模块的可靠性测试规范,由ECPEE欧洲电力电子中心发布,原名为LV324,汽车制造商大众、奥迪、宝马、保时捷使用和戴姆勒。


QC/T1136汽车级IGBT标准


国内,中汽中心牵头,中国一汽编制了《QC/T1136-2020电动汽车用绝缘栅双极晶体管模块环境试验要求和试验方法》,并于2021年4月1日首次发布。IGBT模块标准用于规范半导体供应商的可靠性测试项目和IGBT模块要求,英飞凌作为起草团队的一部分参与了该标准的创建。


QC/T1136-2020规定了电动汽车用IGBT模块的环境适应性要求和测试方法。全文分为前言、范围、规范性引用文件、术语和定义、符号和缩略语、环境适应性要求、试验方法和附录八个部分。第5章为环境适应性要求(见表1),第6章为试验方法。除非另有说明,所有测试必须在以下环境条件下进行


-环境温度+18~+28;


-相对湿度45~75;


-大气压力86kPa~106kPa;


-海拔高度1000米以下。超过1000米的,必须按照GB/T184881-2015的相关规定进行修改。


表1QC/T1136汽车级IGBT模块环境试验要求及参考标记


表1中,测试项目可概括为芯片可靠性和封装可靠性两类,其中.


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汽车级输入电路的高侧和低侧驱动器分析


汽车级输入电路经常使用PMOS管作为开关。这是因为PMOS管的栅极提供低电平才能满足导通要求,而NMOS管的栅极必须提供高电平才能满足导通要求。要求开启后,源极和漏极电平的电平会相等且高于栅极电平,这样会关断MOS管,使电路设计变得更加困难。但在某些情况下,仍采用NMOS管作为开关,因为NMOS管的导通电阻比PMOS管小,可以减少导通压降和损耗。


高边驱动器和低边驱动器大多采用NMOS管作为开关,如下图。


左边的照片是低边驱动器,右边的照片是高边驱动器,看照片可以看到低边驱动器靠近地边,高边驱动器靠近地边驱动器靠近电源侧。从设计难度来看,高边驱动器比低边驱动器更难。我们所知的自举电容器通常用于高端驱动。我个人认为自举电容不能保证栅极电平长期高于源极,所以往往要设计额外的升压电路来保证MOS管导通。


然而,在汽车电路设计中,这种情况常见于高侧驱动器,因为当发生某些原因,例如事故导致车辆线路短路时,A点线路会与原边短路。对于低侧驱动器,A点与地之间的短路不会影响负载运行,因为低侧驱动器本身控制对地传导。然而,对于高侧驱动器,如果A点与地短路,保护机制将启动,负载将无法正常工作。


基于这两个特点,汽车必须根据系统策略来决定哪些功能应该在高侧驱动,哪些功能应该在低侧驱动。


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总线电容器选择-车辆电机控制器


这些目录是


功能细节


功能细节


薄膜电容器的选择


计算示例


附录


参考


1功能说明


电解电容与薄膜电容特性参数对比


另外,薄膜电容器具有自愈能力,因此单个缺陷不会影响整个薄膜电容器的正常使用,ESR越低,可以承受的纹波电流越大,ESL越低越好安装逆变器母线。减少IGBT开关操作时的电压尖峰,薄膜电容器的尺寸和形状可根据产品的结构特点进行定制。


由于具有上述诸多优点,薄膜电容器常用于新能源电机控制器。


2功能说明


母线电容器有两个主要作用


a平滑母线电压,使母线电压在IGBT开关工作下仍然平滑。


b减小IGBT端到电池端的线路电感,降低总线上的峰值电压。


接下来将通过LTspice模拟对此进行解释。


平滑母线电压


假设电池电压为336V,电池内阻为01,比较有和没有母线电容的差异。


增加母线电容可以显着降低纹波电压,利用电容的隔直原理,滤除母线电压中的大部分高频电压成分。


母线电容波形中,波形的上升部分是电池给电容充电,电容吸收功率,波形的下降部分是电容给逆变器放电,电容放出功率。


因此,在计算母线电容的容量时,只需考虑母线充电时间,即工作周期的一半。


减少总线电压尖峰


母线电容接入主电路后,从IGBT到电池端的线路电感被分成两部分。


从IGBT到总线电容的线路电感L1;


b总线电容到电池端子的线路电感L2;


由于总线电容除以线路电感,所以IGBT关断时出现的di/dt主要反馈到L1,L2的di/dt可以忽略不计。换句话说,减少了总线电容器的介入。总线上的一些寄生电感会降低IGBT的峰值电压。


3薄膜电容器的选择


额定电压选择


除了正常的纹波电压波动外,控制器的总线电压还包括IGBT开关和关闭时电流快速变化引起的峰值电压,以及电机反转时产生的反向电压。早期汽车直流母线电容器


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