适用于48V大功率电机控制系统的无刷直流电机驱动器

德州仪器（TI）推出了适用于48 V大功率电机控制系统的0级无刷直流（BLDC）电机驱动器，例如轻度混合动力电动汽车（MHEV）中的牵引逆变器和起动发电机。TI提供的电机驱动器可实现功能安全性，并支持ASIL-D系统级认证。在TI的媒体简报中，Motor Drives BU的总经理兼发言人Kannan Soundarapandian强调了这种DRV3255-Q1解决方案如何通过提供高的栅极驱动电流和集成的安全功能来帮助将电路板尺寸减少多达30％。

在许多国家，汽车电气化已成为主流。至关重要的是，全球计划是到2030年将温室气体排放量与1990年相比减少约40％，以实现能效目标。Soundarapandian说：“使现有汽车制造达到排放目标的一种方法是将汽油或内燃机与48伏电系统配对。”

由于这是传动系统和牵引系统的一部分，因此变得必要的另一件事是安全性。在这个领域，功能安全性几乎是给定的。因此，我们投放市场的任何种类的硅产品都必须能够在系统级别支持ASIL-D认证。”

除安全性外，要考虑的其他因素是公差。如果您考虑一个在振动和热量作用下的传动系统，它必须能够承受那些极端条件，并且必须坚固耐用，并且在所有外部环境下都不会出现任何故障。

48V电机驱动器架构

减少温室气体（GHG）排放的全球计划已触发了汽车工业的发展，以增加新车的动力总成电气化程度。轻度混合动力汽车（MHEV）采用48V动力总成系统，以帮助减少内燃机（ICE）的温室气体排放。

在轻度混合动力系统中，与热力发动机连接的是可逆交流发电机/起动机（BES），可提供更多动力以降低燃油消耗和排放。配备轻度混合动力技术的汽车越来越受欢迎，因为它可以减少燃油消耗和排放，并特别延长柴油机的使用寿命。

在大多数高级型号中，系统的工作电压为48伏，以提供高达30kW的功率并最大程度地减少电缆中的散热；另外，电动发电机可以水冷。其他大多数车载系统均保持在12伏特。

48伏特MHEV技术非常便捷，高效：当驾驶员以55至160 km / h的速度将脚从加速器上移开时，在发动机完全关闭的情况下，汽车可以继续惯性行驶长达40秒，进入所谓的飙升模式。但是，在较低速度下，启动/停止阶段最早可在22 km / h时开始。牵引力管理系统使用来自导航系统和车载传感器的信息来决定何时最方便关闭发动机或回收能量。

导致成功设计48V电动机驱动系统的因素是大功率电动机，安全性和小尺寸。优化大功率电机的驱动器对于帮助减少温室气体排放很重要。

安全性很重要，因为48 V电动机可提供10 kW至30 kW的功率，并在充当起动发电机时为电动机提供起动辅助。小尺寸便于实现，因为这些设备位于ICE内发动机舱中的有限空间内。

48 V大功率电动机驱动器有几种电源架构。Soundarapandian重点介绍了如图1和2所示的通用架构。一个48 V电池和一个DC / DC降压稳压器为电机驱动器供电。12 V电池支持基本的电机控制功能。

一个48 V大功率电动机驱动器驱动外部MOSFET来使电动机转动。为了支持10 kW至30 kW的功率，这些外部MOSFET必须支持200 A至600 A以上的电流。减少开关损耗以确保符合电磁兼容性（EMC）规范至关重要。

图1：大功率48V电机驱动器的通用电源架构

DRV3255-Q1

48 V电动机驱动系统的一个重要问题是电动机会产生不必要的功率，从而导致过压情况。“图2显示了用于电机驱动系统的典型48 V大功率电机驱动框图。通过去除如图3所示的虚线块，可以将DRV3255-Q1实际应用于48 V大功率电动系统。”

图3：简化的DRV3255-Q1电机驱动器框图

TI符合功能安全标准的DRV3255-Q1使制造商能够设计一种电机驱动器系统，以帮助实现高达ASIL D的MHEV系统，提供高达30 kW的功率并改善重型48V电机驱动器系统的响应时间车。

DRV3255-Q1是业界首款48V三相BLDC电机驱动器，在高端和低端集成了有源短路逻辑，从而消除了外部晶体管和控制逻辑。通过结合有源短路逻辑和动态故障响应，新的电动机驱动器可提供高达30 kW的电动机功率，同时减少了48 V电动机驱动系统中的电路板空间和材料清单成本。

有源短路逻辑功能有助于防止由于过电压而导致的灾难性系统故障。动态故障响应会在过压条件下自动将电机驱动器切换到活动短路模式，从而保护车辆电机和电气组件免受过压应力的影响，并优化系统性能。