电动汽车牵引逆变器和电机的测量分析

牵引逆变器和电机的功能模块。

了解电动汽车的逆变器和电机技术

电动汽车采用不同类型的电机，但它们都需要向电机定子施加PWM电压信号，以产生间隔120°的三个正弦电流。高压输入的调制通常由高压IGBT或MOSFET以20至100 kHz的频率进行切换。设计师在保持切换时间安全的同时，努力将切换过程中的能量损失降至最低。

门驱动器由微控制器 (MCU) 子系统控制，并确定开关设备的切换时间。控制电路必须与高压部分电隔离。

逆变器控制器通常使用DSP算法，如磁场定向控制（FOC），以精确改变PWM输出。基于驱动器的输入和电机的当前速度，逆变器的MCU控制转子直轴（D）两极与磁场或正交轴（Q）之间的角度，以提供平稳、最佳的扭矩。电机转子上的编码器或旋转变压器等传感器提供转子角度反馈。

分析关键的变频器信号

脉冲宽度调制和多相电流和电压波形历来都对汽车示波器和依赖它们的工程师提出了挑战。然而，能够看到和测量这些波形对于优化逆变器的可靠性、鲁棒性、功率密度和效率至关重要。

6通道和8通道示波器的引入使得研究三相系统更加容易，但对于逆变器，还需要特殊的测量技术：

• PWM信号很难触发--这使得它很难获得稳定的、可重复的测量。必须特别注意确保稳定的时间基准。
• 分析三相系统需要对单个相位以及整个系统进行电压、电流、角度和功率测量。相位图是观察量级、角度和平衡的理想选择。

4/5/6系列示波器上的变频器、电机和驱动器分析软件简化了对PWM输出的触发和三相测量的设置。相量图显示帮助你直观地了解和调试三相电问题。

逆变器输出的三相电压、电流和功率测量。

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进一步了解如何在示波器上使用相量图进行三相电源分析

对矢量控制参数的可见性，如DQ0

Closed loop inverter and motor systems use feedback to provide superior control of speed and torque compared to open loop systems. Closed loop “vector” controllers perform real-time computations to transform angular and current feedback into simpler variables (D and Q) which can be linearly scaled in real time. The scaled D and Q parameters are then inverse-transformed to provide input to the modulators used to drive the switches. ​

由于这些重要计算发生在控制器的深层，因此很难研究D和Q与其他系统参数的关系。5/6系列B MSO混合信号示波器上的“逆变器电机驱动器”(IMDA) 应用支持一个独特的测量 - DQ0（直轴、交轴、0轴），帮助工程师深入了解控制器。它通过应用Park变换和Clarke变换的组合，从逆变器的输出波形中数学计算D和Q。结果显示为数值测量值和带有合成矢量的相量图。若使用具有索引脉冲的正交编码器接口，通过结合编码器角度，工程师可以观察到与转子磁铁零位对齐的DQ0矢量。这些工具提供了独特的可视化方法，以观测电机实际运行期间的控制器性能。

DQ0测量使用输出波形来计算和显示控制系统的系数。

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用示波器对电机控制系统进行DQ0分析

了解宽禁带功率集成的影响

向800V架构的过渡带来了许多好处，如降低电缆和电池成本，减少热损失和提高系统效率。SiC MOSFET正在实现更高的开关电压和更低的开关损耗，但基于硅器件的传统测试计划已不再适用。

测试宽禁带半导体的主要挑战包括

• 高功率水平下的电流和电压探测
• 在存在极高共模电压的情况下，精确测量上管MOSFET上的信号
• 用标准化的测试（如双脉冲测试）测量开关损耗

泰克公司为测试基于SiC MOSFET的牵引逆变器提供解决方案，包括示波器、高压差分探头、电流探头、光隔离探头、信号源和精密电源。

双脉冲测试软件采用一致的自动测量技术进行Eon和Eoff测量。

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