8 直流鏈路有源放電

每個(gè)電動(dòng)汽車(chē)牽引逆變器都需要一個(gè)直流鏈路有源放電作為安全關(guān)鍵型功能。在以下條件和要求下，需要使用放電電路釋放直流鏈路電容器中的能量：

• 在緊急情況下或維修期間，系統(tǒng)中的電壓必須在 2-5 秒內(nèi)可安全觸摸。緊急情況響應(yīng)必須在沒(méi)有 MCU 的情況下運(yùn)行，并且在本地（例如在牽引逆變器內(nèi)部）運(yùn)行。
• 在車(chē)輛熄火時(shí)，所有系統(tǒng)仍保持運(yùn)行，放電將在幾分鐘內(nèi)完成。
• ASIL D 的系統(tǒng)級(jí)安全要求

TI 提供多種有源放電設(shè)計(jì)，可滿(mǎn)足不同的系統(tǒng)級(jí)要求。通常，有源放電耗散方法可分為三類(lèi)：電阻放電、通過(guò)功率級(jí)放電或通過(guò)電機(jī)繞組放電。

在電阻放電方法中，雖然采用泄放電阻器可以實(shí)現(xiàn)放電，但該電阻器始終會(huì)消耗電流，并且放電速度可能過(guò)慢。因此，可以使用開(kāi)關(guān)電阻器。使用開(kāi)關(guān)電阻器時(shí)，通斷控制和 PWM 開(kāi)關(guān)控制可通過(guò)以下方式實(shí)現(xiàn)：

• 使用 TPSI3100-Q1 器件實(shí)現(xiàn)功率晶體管通斷控制。TPSI3100-Q1 增強(qiáng)型隔離式開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器采用集成式 17V 柵極電源，能夠驅(qū)動(dòng)放電電源開(kāi)關(guān)，而無(wú)需次級(jí)偏置電源，因?yàn)樵撈骷ㄟ^(guò)由初級(jí)偏置電源供電，集成了次級(jí)偏置電源。當(dāng)與外部電源開(kāi)關(guān)相結(jié)合時(shí)，該器件可構(gòu)成完整的隔離式固態(tài)繼電器配置。內(nèi)部雙通道高速比較器可實(shí)現(xiàn)具有多種診斷功能的通信反向通道。
• 使用 AFE539F1-Q1 器件實(shí)現(xiàn)受控 PWM。AFE539F1-Q1 智能 AFE 器件具有用于 PWM 和自定義波形發(fā)生器的內(nèi)置非易失性存儲(chǔ)器。該器件增加了編程功能和邏輯，支持在沒(méi)有 MCU 的情況下運(yùn)行。圖 8-1 展示了使用 AFE539F1-Q1 器件時(shí)的直流鏈路放電示波器屏幕截圖。通道 1（黃色）表示 AFE359F1-Q1 輸出，通道 2（粉色）表示電壓從 950V 下降到 0V。通道 3（藍(lán)色）表示柵極驅(qū)動(dòng)器的 EN 信號(hào)輸入，該輸入會(huì)啟動(dòng)有源放電，通道 4（綠色）表示 SiC FET 漏源電流。

圖 8-1 基于智能 AFE 的直流鏈路有源放電（左）和測(cè)試波形（右）

可通過(guò)電機(jī)繞組進(jìn)行能量放電?？梢詫⒒诶@組的放電分成多個(gè)級(jí)。這些級(jí)包括快速放電級(jí)或總線(xiàn)電壓調(diào)節(jié)級(jí)。生成較大的 d 軸負(fù)電流會(huì)快速降低直流鏈路能量，而 q 軸電流必須為零。TI Sitara? 或 C2000? MCU 的快速環(huán)路控制和安全隔離式柵極驅(qū)動(dòng)器具有串行外設(shè)接口 (SPI) 可編程性，同時(shí)六個(gè) ADC 通道可提供可靠且平穩(wěn)的受控放電。盡管此設(shè)計(jì)可能具有成本效益，但它需要一個(gè)功能齊全的系統(tǒng)，涵蓋從 MCU 到偏置電源和柵極驅(qū)動(dòng)器的全部環(huán)節(jié)。

牽引逆變器設(shè)計(jì)的一個(gè)新興趨勢(shì)是通過(guò)功率級(jí)放電。在該方法中，功率級(jí)的脈沖工作模式允許通過(guò) MOSFET 的線(xiàn)性區(qū)域放電，其中 MOSFET 充當(dāng)電阻器。為此，柵極驅(qū)動(dòng)器需要非常精確的柵極控制和高頻脈沖操作，以避免對(duì) MOSFET 造成過(guò)應(yīng)力?；蛘?，柵極驅(qū)動(dòng)器也可以采用脈沖短路工作模式，對(duì)直流鏈路電壓進(jìn)行放電。