电源逆变器 - 电动汽车的关键安全系统

在实现零排放之前，汽车电气化将是汽车工业的一个重要增长领域。为实现这一目标，汽车系统将需要更多的半导体以及满足更高要求的计算和软件。

从经济的角度来看这背后的意义将非常有趣。IHS市场和战略分析估计，电动汽车（EV）的半导体附加值对于中型混合动力汽车 (HEV) 来说是200美元，对于电池电动汽车 （BEV) 来说大约是450美元。

不过内燃机 (ICE) 不会很快消失。ICE动力总成的电气化与半导体使用量将继续增长，NXP Semiconductors将继续支持这些发动机。随着电动汽车的增加，内燃机的数量将会减少。是什么推动了电动汽车的增长？ 因素有多个，但首当其冲的需要更清洁的排放，而这正是政府立法和激励措施发挥作用的地方。电池成本也在不断下降，使电动汽车更加经济实惠。随着电池性能的提高，电动汽车的续航能力也在不断提升。最后，原始设备制造商 (OEM) 在电动汽车技术上的大量投资将提高逆变器系统的效率。

评估高压电源逆变器

电动汽车的一个关键子系统是高压 (HV) 电源逆变器。一辆车可以有多个高压电源逆变器，但车载充电 (OBC)、直流-直流蓄电池升压电路和牵引电机逆变器最为常见。汽车上的其他几个电机可能需要自己的逆变器，其中一个例子是空调压缩机泵。

高压牵引逆变器是NXP的一个研究重点。它将高压电池的直流电转换为多相交流电压以驱动牵引电机，而牵引电机将驱动车辆前进。高压牵引逆变器在典型电压超过300V时，对安全性的要求特别高，另外还需要高效率的运行。对于电动汽车的车主来说，只有百分之一的改善将转化为更长的续航里程。

考虑到功能安全的需求，需要制订功能安全标准。根据系统发生故障时对人体造成伤害的严重程度，它们被分为不同的等级。对于汽车系统，就是从A到D的汽车安全完整性等级 (ASIL)。功能安全标准中考虑了多种不同的要素，如硬件、软件和系统开发过程。而且，汽车系统开发商（如一级供应商和OEM）需要正确记录这些过程，而这需要通过功能安全认证的组件的支持。

由于牵引逆变器是一个极其关键的安全系统，因此它必须通过ASIL-C/ASIL-D系统认证。牵引逆变器可能导致的一个故障示例是意外加速或停车。这包括驾驶时失去动力、意外制动和过度制动。想象一下在高速公路上行驶时如果出现这种情况会怎么样，就很容易理解系统的关键性，因此这些系统需要符合功能安全规范。

结论

NXP提供符合功能安全规范的组件来控制高压牵引逆变器。NXP提供MPC5775E MCU、FS6500 系统基础芯片来为控制器供电，提供TJA1051冗余CAN总线接口进行通信，并提供集成了高压隔离功能的GD3100先进栅极驱动器来满足系统的严苛要求。这些组件可以与合作伙伴提供的绝缘栅双极晶体管 (IGBT) 或碳化硅 (SiC) 模块配合使用，所有组件均附带高效的参考设计。