電動(dòng)汽車 (EV) 的決定性特征可能是其電池和電動(dòng)牽引電機(jī)，但它們需要第三個(gè)同樣重要的元素的存在：牽引逆變器。牽引逆變器允許電動(dòng)汽車電池與電動(dòng)機(jī)一起工作，將電池的直流電轉(zhuǎn)換為交流電來驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。

電動(dòng)汽車市場(chǎng)已經(jīng)穩(wěn)固，但電動(dòng)汽車技術(shù)還遠(yuǎn)未完全成熟。電動(dòng)汽車性能、可靠性和安全性的改進(jìn)仍然是可能的，汽車行業(yè)仍在忙于追求這些目標(biāo)。人們對(duì)電池和電機(jī)技術(shù)給予了極大的關(guān)注，但近牽引逆變器的創(chuàng)新也很重要。

近推出了用于牽引逆變器的柵極驅(qū)動(dòng)器，該驅(qū)動(dòng)器首次可以根據(jù)電動(dòng)汽車的運(yùn)行條件在多個(gè)預(yù)設(shè)電流值之間切換；換句話說，柵極驅(qū)動(dòng)器提供動(dòng)態(tài)柵極強(qiáng)度。

改變柵極強(qiáng)度使得逆變器控制算法能夠針對(duì)電機(jī)的當(dāng)前狀況優(yōu)化逆變器功率器件的開關(guān)速率。例如，當(dāng)環(huán)境溫度非常冷時(shí)（這可能會(huì)影響功率設(shè)備的開關(guān)速率）或在提供該功能的車輛的再生制動(dòng)期間（這可能會(huì)增加總線電壓并導(dǎo)致設(shè)備因過沖而產(chǎn)生應(yīng)力）。

主要好處是電動(dòng)汽車的整體效率得到提高，但恩智浦的創(chuàng)新還提供了強(qiáng)大的功能安全解決方案，同時(shí)改進(jìn)了典型的硬件設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)以保護(hù)功率設(shè)備。汽車制造商可以選擇如何利用效率改進(jìn)，但是，例如，原始設(shè)備制造商可以利用該改進(jìn)將車輛的行駛里程增加一個(gè)適度但可測(cè)量的量。

柵極驅(qū)動(dòng)器

電動(dòng)汽車的牽引逆變器必須提供 80 千瓦至 200 千瓦以上的高功率水平、耐高溫且重量輕。

牽引逆變器中的柵極驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)逆變器的功率器件，傳統(tǒng)上是硅 IGBT，但越來越多地采用碳化硅 (SiC) MOSFET。功率器件是將電池的直流電轉(zhuǎn)換為電機(jī)的交流電的開關(guān)。

通常使用六個(gè)獨(dú)立的柵極驅(qū)動(dòng)器 IC，典型的三相交流電機(jī)的每個(gè)相使用兩個(gè)。柵極驅(qū)動(dòng)器直接驅(qū)動(dòng)功率器件 — IGBT 或碳化硅 (SiC) MOSFET，它將電池的直流電轉(zhuǎn)換為電機(jī)的交流電。柵極驅(qū)動(dòng)器通常將開關(guān)速率設(shè)置為單個(gè)特定值。但是，具有動(dòng)態(tài)柵極強(qiáng)度的柵極驅(qū)動(dòng)器可以根據(jù)電機(jī)狀況改變開關(guān)速率。

電動(dòng)汽車的牽引逆變器通常包含六個(gè)分立柵極驅(qū)動(dòng)器 IC 和六個(gè)功率器件，三相交流電機(jī)的每相各兩個(gè)（圖 1）。柵極驅(qū)動(dòng)器（包括柵極強(qiáng)度命令）通常由牽引逆變器的微控制器管理。

電阻器可可靠地限制對(duì)柵極充電或放電的峰值電流。傳統(tǒng)上，特定值是固定的，以防止壞情況下的過壓，從而在更標(biāo)稱的條件下保留潛在的節(jié)能潛力。

動(dòng)態(tài)門強(qiáng)度

然而，改變柵極開啟或關(guān)閉速度的能力對(duì)于電力設(shè)備和電機(jī)具有許多潛在的有利影響。

電源開關(guān)的特性很明確，但車輛會(huì)遇到許多影響電源開關(guān)電氣性能的條件。部分列表包括電機(jī)電流、電池/總線電壓和功率器件溫度的變化。調(diào)節(jié)柵極驅(qū)動(dòng)電流可以調(diào)節(jié)特定條件下的開關(guān)事件（能量），這對(duì)于在所有條件下實(shí)現(xiàn)效率化非常寶貴

如果可以根據(jù)駕駛條件選擇開關(guān)行為（如果可以選擇動(dòng)態(tài)柵極強(qiáng)度），那么逆變器（和車輛）的性能可能會(huì)更加高效。

實(shí)際上，OEM 或系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可能希望包含一個(gè)功率限制電阻來限制電流，以便根據(jù) OEM 的偏好和其他要求，電流值小于 10 A、20 A 或 30 A。系統(tǒng)限制。

效率

功率器件可能因過大的電壓應(yīng)力而損壞。此外，盡管汽車電子產(chǎn)品的額定工作溫度范圍很寬，但只要可以限制汽車 IC（包括日益先進(jìn)的柵極驅(qū)動(dòng)器）的熱負(fù)載，我們?nèi)匀唤ㄗh這樣做。

柵極驅(qū)動(dòng)電阻器的設(shè)計(jì)通常從檢查壞情況條件（例如負(fù)載、電壓）開始。目標(biāo)是在這些情況發(fā)生時(shí)提供足夠的抵抗力以提供保護(hù)。

這確實(shí)可以限度地減少潛在的損害，但壞的情況本質(zhì)上是非典型的。添加提供動(dòng)態(tài)柵極強(qiáng)度的柵極驅(qū)動(dòng)器，允許在強(qiáng)調(diào)更典型（較輕）條件的柵極強(qiáng)度設(shè)置下運(yùn)行。

系統(tǒng)持續(xù)評(píng)估多個(gè)系統(tǒng)因素（電流、電壓、溫度）并始終控制柵極強(qiáng)度。它在 OEM 指定的典型條件下的設(shè)置下運(yùn)行，當(dāng)非典型條件發(fā)生時(shí)，它會(huì)自動(dòng)更改為更適合非典型條件的設(shè)置，然后在條件恢復(fù)正常時(shí)動(dòng)態(tài)恢復(fù)。在更適合典型操作的模式下，相關(guān)的效率提升可能是顯著的。

因此，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員應(yīng)該能夠采用更小的冷卻系統(tǒng)，從而減小逆變器的尺寸和重量。減小車輛整體尺寸和重量終可以對(duì)續(xù)航里程產(chǎn)生積極影響。