在传动逆变器中，一个低功率辅助电源，通常是反激转换器，起着至关重要的作用，将 400V 或 800V 高压直流（HVDC）输入转换为低压直流（LVDC）输出。该辅助电源在故障条件下作为备用电源，通过减轻由于电机动态或传动逆变器
电子设备故障导致的危险条件对车辆乘员的风险，确保电驱动系统保持在安全状态。
传动逆变器功能安全
从安全角度来看，保持车辆可控性至关重要。ISO 26262 功能安全（FuSa）危害分析和风险评估（HARA）中识别出的妨碍驾驶员控制车辆的故障是关键。从 HARA 中派生出的多个安全目标与扭矩有关，例如防止扭矩的意外突然变化或偏离指令扭矩。逆变器设计用于在检测到不可恢复故障时无缝地将电驱动系统过渡到安全状态。
一个关键故障是高压直流电（HVDC）和 12V 电源输入的丢失。熔断器烧毁可能导致失去供给主
接触器的 12V 电源，这些接触器从高压电池向牵引逆变器提供 HVDC，同时也会导致逆变器本身失去 12V 电源。在这种情况下，从功能安全的角度来看，控制电动机是至关重要的。
一种常见的解决方案是在逆变器设计中包含一个备用电源，将高压直流电转换为低压电源，以在失去 12 V 输入时为逆变器的控制、传感和门极驱动电路供电。这种电源通常是一个反激式转换器。在 800 V 系统中，使用硅 carbide (SiC) MOSFETs，因为它们的击穿电压额定值高于硅 MOSFETs。800 V 系统通常具有 920-960 V 范围内的连续母线电压和 1000 V 的负载瞬态电压。考虑到反激式转换器中的反射电压和过冲，MOSFET 的漏极-源极电压很容易超过 1200 V。
深入了解安全要求后，你会发现典型的 800V 飞跨变换器在这个应用中并不足够。为了在失去 12V 电源到逆变器和主接触器的情况下仍能保持运行，备用电源的要求变得更加严格，以确保车辆的安全运行。
考虑一台电动机。当它将电能转换为机械能时作为电动机工作，当它将机械能转换为电能时作为发电机工作。具体来说，当扭矩和角速度的旋转方向相同时，电动机作为电动机向机械系统输送功率以驱动车辆。
当扭矩和角速度方向相反时，电动机作为发电机工作。当扭矩和角速度的旋转方向相反时，电动机的电压和电流极性相反。在再生制动过程中，电动机作为发电机工作，交流电流流入逆变器进行整流成直流电流为高压电池充电。
电动驱动系统安全状态
在逆变器不再连接到高压电池的故障条件下，其内部直流母线电容和其他总线上的其他高压电子系统电容初会充电到高压电池电压。逆变器会迅速检测到电源的丢失，并将电动驱动系统转换到安全状态。这包括短接电动机的三相绕组，通常称为主动短路（ASC）或“三相短路”，或者保持开路，也称为“六
开关开路”。转换到的安全状态取决于几个因素，包括电动机的旋转速度和高压直流电池电压。
在开路状态下，逆变器监测电动机的速度以估计反电动势（BEMF），这基于电动机的速度常数。如果 BEMF 的幅值低于高压直流电池电压，逆变器的功率开关将保持在关断状态。这确保 BEMF 不会被整流并以不受控制的方式给高压直流电池充电。由于没有电流来给或供电给高压直流系统，因此电动机没有电能消耗，更重要的是，没有扭矩波动影响驾驶员对车辆的操控性。
在开路状态下，高压直流母线电压逐渐降低。如果电机转速增加导致过高的反电动势（BEMF），逆变器通过驱动上三或下三功率半导体开关到导通状态来维持 ASC，假设为六开关两电平逆变器阶段拓扑结构。在 ASC 期间，绕组被短接在一起以实现理想的电气和机械功率损耗为零。实际上，这种状态对逆变器功率器件和电机都是一个压力很大的条件。在这种状态下，由于绕组被短接在一起，相电压没有被整流。同时，高压直流母线电压继续降低。
故障条件
故障条件的持续时间从几秒到几分钟不等。电机制动必须保持在适当的安全部态，包括在需要快速在安全部态之间转换的瞬态条件下。假设电机制动速度较低，导致低反电动势（BEMF），高压直流母线电压将降至低于典型辅助电源输入电压范围的低电压。由于缺乏车辆低压系统和高压直流供电的 12V，逆变器将失去控制其自身功率级和电机制动的能力。
在这种情况下，电机制动速度的突然增加会导致高反电动势，不仅会对车辆产生扭矩影响，还会导致电压可能对逆变器的活性功率器件和被动组件造成应力和损坏。因此，辅助电源和控制电子设计必须具有比电机制动速度变化响应时间更快的启动时间，或者具有宽输入电压范围以确保在极端高压直流电压下仍能保持运行。后者通常在实践中实现。
辅助
电源解决方案 辅助电源的宽输入电压范围是牵引逆变器设计中的关键要求，以符合功能安全要求。这也是反激转换器设计中挑战性的技术障碍。Microchip 的 800V 牵引逆变器辅助电源具有 45W 的功率评级和 40V 至 1000V 的连续工作电压范围。
该参考设计可帮助客户加速牵引逆变器开发，缩短上市时间。该设计具有双输出功能，为控制、传感和门极驱动电源电路提供正电压供应，并为传感电路（如用于电机动子位置传感的 resolver 驱动器）提供负电压供应。辅助电源的框图如图 2 所示。
图 2. 宽输入电压和双输出转换器的框图。图片来自
广泛的输入电压范围设计对
变压器、阻尼器、控制和稳定性设计提出了挑战。参考设计平衡了多个竞争性设计目标，以实现性能。参考设计中涉及的重要技术方面包括变压器结构和构造、阻尼电路和控制器。该设计在输入电压范围的两端都能提供可靠的可控性，并在快速动态的线性和负载条件下确保输出的稳定性。
总之，在牵引逆变器中设计和实现低功率辅助电源对于确保电动汽车的功能安全性至关重要。使用反激转换器将高电压直流输入转换为低电压直流输出，提供了一种在故障条件下可靠的备用电源解决方案。这种冗余对于保持车辆的可控性并满足 ISO 26262 标准的严格安全目标至关重要。
在辅助电源中集成 SiC MOSFET 进一步增强了系统处理高电压的能力，并确保在各种故障场景下安全运行。通过理解电机器件的运行条件以及在故障期间保持安全状态的重要性，工程师可以为电动汽车的牵引逆变器设计更可靠和更安全的辅助电源。
