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  Traction Inverter(主驅(qū)逆變器)是電動汽車動力執(zhí)行單元的核心部件，它來自于電動汽車動力執(zhí)行單元的核心部件。VCU(車輛控制器)獲得扭距指令，從高壓電池組獲得電能，逆變器控制電機(jī)工作，為車輛提供驅(qū)動扭矩和制動扭矩，確保車輛的正常駕駛功能。目前，電動汽車主驅(qū)逆變器中的功率器件是硅原料(以下簡稱硅原料)Si)加工而成IGBT但由于材料的限制，傳統(tǒng)的半導(dǎo)體功率器件Si基功率器件在許多方面逐漸接近甚至達(dá)到了其材料的本征極限。碳化硅(以下簡稱碳化硅)SiC)與第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料相比，Si材料具有高頻、高效、耐高壓、耐高溫等特點。根據(jù)相關(guān)檢測結(jié)果分析，選擇SiC選擇主驅(qū)逆變器IGBT逆變器體積可減少1/5，重量可減輕35%，功耗可減少20%至5%，效率可達(dá)99%以上，全車?yán)m(xù)航里程可提高5%以上，社會效益非常明顯。

  ▲ ST 系統(tǒng)框圖

  意法半導(dǎo)體基于汽車級的芯片：SiC 功率模塊(ADP60075W3)，MCU(SPC58NN84)，SBC(L9396)，Gate Driver(L9502)，模擬芯片以及邏輯保護(hù)芯片等，推出了滿足功能安全ASIL C的SiC主驅(qū)逆變器系統(tǒng)解決方案。

  ▲ ST 主驅(qū)逆變器Demo

  該主驅(qū)逆變器的控制部分主要由MCU(SPC58NN84)和SBC(L9396)組成，并且采用了旋轉(zhuǎn)變壓器軟件解碼進(jìn)行電機(jī)轉(zhuǎn)子位置實時檢測。

  MCU SPC58NN84：

  ●三個核@200MHz(兩對鎖步核)滿足ISO26262功能安全ASIL D需求

  ●GTM344滿足FOC控制需求

  ●SAR ADC支持高精度高速采樣，滿足電流，電壓，溫度模擬量采樣的需求

  ●SDADC支持差分采樣，滿足旋轉(zhuǎn)變壓器軟件解碼功能的需求

  ●Flash 6MB，滿足整車OTA功能需求

  ●可配置的功能安全模塊(Lockstep, ECC, CMU, FCCU, MEMU, LBIST, MBIST…)

  ●8路 SPI，8路CANFD，以太網(wǎng)等

  SBC L9396：

  ●電源管理：自帶Boost、Buck電路支持冷啟動，1路LDO 5V供電，1路LDO 3.3V、5V可配的供電，1路0.8-5V可配的供電，2路對板外供電的線性穩(wěn)壓器

  ●問答式窗口看門狗

  ●PWM看門狗配合SPC58NN84的FCCU out

  ●Fail Safe Negative 輸出功能

  ●可配置故障狀態(tài)下的Reset輸出功能

  ●故障診斷寄存器

  ●支持ASIL D應(yīng)用

  SiC模塊的驅(qū)動芯片為L9502，具備強(qiáng)大的驅(qū)動能力，能快速檢測過壓、欠壓、短路等故障，內(nèi)部集成原邊和副邊的通訊機(jī)制，用戶可以靈活地對相關(guān)參數(shù)進(jìn)行配置。L9502不僅可驅(qū)動SiC模塊，也適配IGBT模塊。

  隔離驅(qū)動芯片L9502：

  ●具備最小10A拉電流和灌電流

  ●5MHz SPI

  ●集成DCM反激控制器

  ●支持在原邊和副邊實現(xiàn)ASC(主動短路功能)和FreeWheel(關(guān)管)

  ●副邊NTC溫度檢測和母線電壓檢測

  ●集成過流保護(hù)，混合關(guān)斷， DESAT，Vce/Vds有源鉗位，米勒鉗位等功能

  ●支持母線電壓快速放電功能

  ●支持功能安全ASIL D系統(tǒng)

  ST能夠為客戶提供整套的SiC主驅(qū)逆變器的參考設(shè)計：

  系統(tǒng)設(shè)計：

  ●系統(tǒng)架構(gòu)

  ●需求分析

  ●硬件原理圖

  ●PCB, BOM

  ●軟件算法庫

  ●L9396 CDD

  ●L9502 CDD

  ●旋變軟解碼包

  系統(tǒng)測試報告

  ●雙脈沖測試數(shù)據(jù)與報告

  ●臺架測試數(shù)據(jù)與報告

  ●功能安全ASIL C套件

  ●功能安全概念與需求

  ●技術(shù)安全概念與需求

  ●軟件安全需求/硬件安全需求

  ●安全分析FTA/FMEA/FMEDA/DFA

  在開發(fā)工具鏈方面，ST能夠提供免費的SPC5 Studio集成開發(fā)環(huán)境;客戶也可以選擇商業(yè)付費的工具， 比如Greenhill/Hightec等編譯器，PLS/Lauterbach等調(diào)試仿真器，以及面向Autosar環(huán)境的各種BSW/ASW工具鏈。

  為幫助客戶快速將產(chǎn)品推向市場，ST還聯(lián)合第三方合作伙伴大灣區(qū)集成電路與系統(tǒng)應(yīng)用研究院(以下簡稱為GIICS)，推出了支持功能安全及AutoSAR的量產(chǎn)級SiC主驅(qū)逆變器的方案，以最大化加速客戶的產(chǎn)品開發(fā)。該方案采用旋變軟解碼技術(shù)可有效降低成本，使用結(jié)溫估計技術(shù)對功率器件芯片進(jìn)行更加有效的保護(hù)，應(yīng)用抖頻控制技術(shù)進(jìn)一步降低電力電子開關(guān)控制的EMI幅值。

  ▲ GIICS SiC主驅(qū)逆變器實物

  基于上述技術(shù)的運用，該SiC主驅(qū)逆變器系統(tǒng)解決方案具有高效、高功率密度、高可靠性、高安全性以及成本競爭力強(qiáng)等諸多優(yōu)點。