電動(dòng)汽車(chē)的電機驅動(dòng)平臺是怎樣的？

　　新能源汽車(chē)近兩年來(lái)飛速發(fā)展，國家也出臺一系列政策予以強力的支持。工信部在其《中國制造2025》中明確了節能與新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰略目標，到 2020年，動(dòng)力電池、驅動(dòng)電機等關(guān)鍵系統達到國際先進(jìn)水平，國內市場(chǎng)占有率達到80%；到2025年，新能源汽車(chē)年銷(xiāo)量達到300萬(wàn)輛。

　　北京晶川電子技術(shù)發(fā)展有限責任公司早在1998年就為中國自行設計生產(chǎn)的新能源汽車(chē)提供關(guān)鍵的IGBT模塊，用于動(dòng)力系統的電機驅動(dòng)?，F在，晶川電子又推出了新能源汽車(chē)動(dòng)力系統的電機驅動(dòng)平臺，為中國產(chǎn)品開(kāi)發(fā)工程師提供成熟的解決方案，助力中國新能源汽車(chē)的發(fā)展。

　　本平臺的系統結構如圖1所示，具體實(shí)現時(shí)，將驅動(dòng)部分與控制部分分開(kāi)布置，驅動(dòng)和驅動(dòng)電源集中布置在一塊與IGBT模塊等大小的PCB板上，獨立安裝于IGBT模塊上方，此方式盡最大可能的減小了空間需求。

　　圖1

　　在控制部分，主控核心采用英飛凌汽車(chē)級32位單片機TC1782，具有高達160MHz全溫度范圍的總線(xiàn)頻率，超強浮點(diǎn)運算能力，32路12bitADC通道，多樣的定時(shí)器結構，使得對電機多種算法相結合控制成為可能。TC1782是一款哈弗架構且有非對稱(chēng)雙核（主核Tricore和外設控制協(xié)處理器PCP）的高性能32位單片機，支持DSP算法指令，2.5M字節FLASH，176K字節RAM。TC1782與電機控制相關(guān)的重要外設主要是通用時(shí)間陣列GPTA和數模轉換ADC。GPTA提供一套靈活的定時(shí)，比較和捕獲功能，可以靈活地組合成信號檢測單元和信號發(fā)生單元，應用于電機控制時(shí)可以支持動(dòng)態(tài)控制的死區時(shí)間和不同于邊沿對齊和中央對齊的非對稱(chēng)PWM輸出。由硬件觸發(fā)（如GPTA）并實(shí)現同步轉換的數模轉換模塊ADC至少可以支持在電機應用中兩相電流的同時(shí)獲取。專(zhuān)用外設控制協(xié)處理器PCP可以承擔大部分中斷負荷，從而主核可以集中處理用于電機控制的復雜運算，如Park變換，Clarke變換和空間矢量調制等。多路信號冗余和檢測，完整全面的芯片內電源管理和檢測，更加保證處理器穩定、可靠運行。該單片機實(shí)現了空間矢量（SVPWM）控制方式，5種調制算法組合，以及優(yōu)化的電機控制算法。

　　此外，還采用了CPLD來(lái)完成多功能窗口的擴展，并通過(guò)CPLD的精確實(shí)時(shí)性、高可靠邏輯控制和高快速響應保護處理能力，來(lái)完成對電機的高可靠、高動(dòng)態(tài)響應控制。

　　為保證系統的安全可靠，本平臺才用了英飛凌的CIC61508芯片，監控TC1782的工作是否正常，從而使得本平臺的安全等級達到ASIL-D標準。

　　控制部分還具有完整快速的軟硬件故障檢測和保護設計，能夠針對傳動(dòng)系統參數的動(dòng)態(tài)響應標定，以及CCP在線(xiàn)標定等功能。

　　電源端口處理如圖2所示。

　　圖2

　　控制器采用車(chē)身14V輔助蓄電池電源供電。在控制器輸入電源入口，我們加入多級多通道保護處理模塊，如防止電源反接保護、抗干擾和降干擾處理、靜電和雷擊浪涌吸收等功能。

　　平臺的電源分布分布如圖3所示。

　　圖3

　　動(dòng)力直流母線(xiàn)電壓范圍是150-380VDC。

　　控制電源采用英飛凌汽車(chē)級專(zhuān)用電源模塊，多路輸出，確保最小系統和控制邏輯模塊供電穩定性；對外通訊模塊采用隔離電源模塊，確保強電與弱電有效可靠電氣隔離和安全絕緣；控制器對外故障診斷及用戶(hù)界面接口部分采用獨立開(kāi)關(guān)電源供電，確保供電可靠性及與控制器內部電源安全隔離和電磁兼容；IGBT驅動(dòng)電源采用獨立開(kāi)關(guān)電源供電，且采用全隔離方式，變壓器做到加強隔離，確保強弱電有效絕緣。

　　驅動(dòng)部分的設計如圖4所示。

　　圖4

　　驅動(dòng)芯片選用英飛凌磁隔離驅動(dòng)芯片1ED020I12FA2，通過(guò)功率放大模塊驅動(dòng)IGBT進(jìn)行有效開(kāi)關(guān)動(dòng)作。經(jīng)過(guò)各種工況測試驗證，可在有效滿(mǎn)足性能需求的同時(shí)，達到快速短路保護響應、過(guò)溫響應及過(guò)流過(guò)壓等多復雜工況策略保護功能，如快速過(guò)流保護響應，短路工況快速退飽和且不引起過(guò)壓擊穿，結溫控制精確可靠等。

　　在PCB設計方面，經(jīng)過(guò)多重精確設計考量和驗證改進(jìn)，不僅達到物理空間最小化的直觀(guān)需求，在性能方面更有所加強。電源、地及信號分層布置，地層最大面積可靠等電勢，地層面積物理包絡(luò )電源層，且六路驅動(dòng)電源有效安全絕緣，滿(mǎn)足強弱電及強電間的耐壓要求。

　　關(guān)鍵的功率輸出單元功率器件采用英飛凌汽車(chē)級IGBT功率模塊FS800R07A2E3，具有超高功率密度、175℃超高結溫、45K次超高功率循環(huán)次數、超低寄生電感、超高使用壽命，完全汽車(chē)級產(chǎn)品工藝，經(jīng)過(guò)嚴苛汽車(chē)級標準測試驗證。其最高峰值電輸出功率可達到150KW。

　　功率單元輸入直流母線(xiàn)側吸收支撐電容采用高性能高壽命的EPCOS金屬膜電容，具有大紋波電流、低漏電流、低等效阻抗和低等效電感等特性，達到母線(xiàn)電容組在使用中較低溫度波動(dòng)，達到高可靠性和安全性，較長(cháng)使用壽命。

　　本平臺采用水冷結構，保證嚴苛密閉性。使用特殊比例的高純凈度冷卻液，正常工作情況下，在8-12升/分鐘的冷卻液循環(huán)流速下，控制器性能能得到最大程度的發(fā)揮，適用的環(huán)境溫度可達-40-85℃的寬溫度范圍。

　　全世界電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展正處在一個(gè)快速上升的階段，電動(dòng)汽車(chē)為中國汽車(chē)行業(yè)提供了一個(gè)新的契機，中國汽車(chē)行業(yè)非常重視新能源汽車(chē)的開(kāi)發(fā)，本文所介紹的電機驅動(dòng)適用對永磁同步或者交流異步電機的電機驅動(dòng)和控制，控制器從控制策略上進(jìn)行了優(yōu)化，提高了控制器的整體效率，充分考慮了電機控制方面的動(dòng)力性能、弱磁性能，保證了寬的調速范圍，長(cháng)的續航里程，快速的響應特性和良好的動(dòng)態(tài)性能。技術(shù)成熟，工作穩定，效率高，可靠性高，達到汽車(chē)級安全標準，可以作為電動(dòng)乘用車(chē)、電動(dòng)商用車(chē)、電動(dòng)大巴用電機驅動(dòng)控制器。