在电驱系统中,驱动芯片作为连接控制系统与电机的关键桥梁,其作用至关重要。它的主要任务是把控制信号转化为驱动电机所需的功率信号,保障电机能够高效且安全地运行。因此,驱动芯片的选型工作显得尤为关键。以下将系统地归纳驱动芯片选型的关键因素。
- 输出电流:芯片需具备足够的电流和功率输出能力,以满足负载需求。一般而言,推荐选择 10A 以上的驱动 IC,这类 IC 通常内置推挽输出,能更好地适应不同的负载情况。
- 原副边传输延时:原副边传输延时越小越好,因为它会影响死区时间。较小的传输延时有助于提高系统的响应速度和控制精度。
- 电压范围:原边供电电压一般为 5V,副边供电范围应具备可调性,推荐供电在 20V 以上,这样可以兼容 Si 和 SiC 驱动,增强芯片的通用性。
- 支持开关频率:开关频率越高越好,推荐 40kHz 以上,以满足升压充电等特殊需求。较高的开关频率能够提高系统的工作效率和动态响应性能。
选择具备过流、过压、过温保护功能的芯片,可显著提升电驱系统的可靠性。
- 故障上传:故障上传方式有 SPI 和占空比两种。当前主流驱动芯片大多采用 SPI 故障上传,其上传速度快,但抗干扰性较差,且会占用 MCU 资源,存在误报风险。占空比上传通常基于 PWM 信号,数据传输速度相对较慢,但抗干扰能力较强。
- 支持 ASC:尽可能选择原副边 ASC 均支持的芯片,原边 ASC 低压侧可省隔离器,降低成本和系统复杂度。
- 原副边电源过欠压监控:芯片应具备原副边电源过欠压监控功能,并设有故障响应机制。推荐副边供电过欠压可配置,以兼容 Si 和 SiC 驱动。
- 死区互锁:支持上下桥臂硬件互锁防直通保护,且死区时间可配置,有效防止上下桥臂直通,保障系统安全。
- 过流保护:具备过流保护功能,一般推荐使用 Desat 保护,并且尽可能选取 Desat 保护阈值可软件配置的芯片,以适应不同的应用场景。
- 过温保护:支持故障告警和封波可选,当芯片温度过高时能及时采取措施,保护芯片和系统。
- 有源钳位:触发后可实现软关断或者 2 电平关断,降低开关过程中的应力。
- 米勒钳位:当开关器件关断时,漏极电压快速上升,通过 Cgd 耦合到栅极,可能产生过压。米勒钳位电路通过辅助开关快速导通,将栅极电压钳位在安全范围内,防止过压损坏。
- 两电平和软关断:本质上都是通过控制门极驱动波形关断时候的斜率,降低 dv/dt 或 di/dt,减少开关过程中产生的尖峰电压和电流,从而保护器件免受过应力的影响。尽可能选择可配置时间和阈值的芯片,以实现更的控制。
- PWM 监控:对 PWM 输入到 PWM 输出到功率模块门极路径进行监控,尽可能选取支持 OSM(三态) + 门极监控的芯片,确保 PWM 信号的稳定传输和正确处理。
- 封装形式和尺寸:选择合适的封装,在满足散热和安装要求的前提下,尺寸越小越好,以节省电路板空间。
- 高压绝缘:高低压电气间隙和爬电距离大于 5mm,确保电气安全。
- 工作结温:芯片的工作结温应不小于 150℃,以适应不同的工作环境。
- 功能安全:支持系统到 ASIL D,满足汽车等对安全性要求较高的应用场景。
- 原副边隔离耐压:原副边隔离耐压越高越好,尽可能支持 800V 系统,提高系统的耐压能力和稳定性。
- 原副边 CMTI:原副边 CMTI 越高越好,特别是对于 SiC 开关速度较快的情况,高 CMTI 能保证信号的可靠传输。
- 原副边隔离:原副边隔离方式一般有磁隔离和容隔离。ST 和 TI 的容隔产品居多,其他厂家磁隔离较多。磁隔离的抗干扰性更强,但成本相对更高,需根据实际需求进行选择。
驱动 IC 的高度集成化设计有助于提高电驱系统的鲁棒性和可靠性。
- 支持 ADC 采样:一般可用于母线电压备份冗余采样和功率模块的温度采样,可节省隔离器及其外围电路,达到降本和降体积的目的。
- 集成反激电源芯片:类似四代特斯拉采用的 STGAP4 驱动 IC,根据合适的电源拓补 + 小磁芯的平面变压器实现体积和成本的收益。
- 智能驱动电阻调节:可以根据电压、电流和模块结温实时调节驱动参数,使得电控达到的输出效率。
- 主动放电功能:可通过 Vgth 监控和 Desat - Vce 状态监控,调节开关频率、占空比达到快速泄放掉母线电容电荷的目的。省去主动放电电阻和外围电路,实现体积和成本的收益。