電動汽車用逆變器

開發(fā)中的高階波形分析(一)

近年來，以汽車為首的內(nèi)燃機驅(qū)動交通工具正在向以電機為動力源的電動化轉(zhuǎn)型，作為電動汽車控制電機的利器，逆變器的轉(zhuǎn)換性能決定了能量利用效率。橫河高分辨率示波器DLM5000HD憑借其所具備的以下特點可為您針對性解決逆變器評估中的多種典型問題。本期推文將為您詳細解析如何解決開關(guān)損耗測試和逆變器動作評估中的多點測量。

?  最大頻帶寬度500MHz，最高采樣率2.5Gs/s

?  最大記錄長度500M點(所有通道)，1G點(僅奇數(shù)通道)

?  最大輸入模擬8通道、邏輯32位+DLMsync功能

?  ADC分辨率 12位

?  開關(guān)損耗計算功能、兩個位置縮放功能、CAN/LIN觸發(fā)和分析功能、歷史功能、統(tǒng)計測量功能

01開關(guān)損耗測量項目背景

測量開關(guān)損耗是逆變器開發(fā)過程中不可或缺的一環(huán)。如圖一所示，工程師們通過使用開通/閉合區(qū)的電壓和電流乘積、導通區(qū)的電流、導通電阻RDS(on)和飽和電壓VCE(sat)等常數(shù)進行功率計算后得出功率器件的開關(guān)損耗，在這一過程中往往難以避免錯算漏算等問題的發(fā)生，而在橫河DLM系列示波器的助力下，用戶可直接通過電源分析功能中的開關(guān)損耗計算選項輕松完成各類測試數(shù)據(jù)的計算，并同時兼顧測試精度與測試效率。

圖1   開關(guān)損耗概要

例如，當用戶在進行MOSFET測試時，可直接在DLM設(shè)備中輸入電壓和電流的電平值以及導通電阻值選取開關(guān)區(qū)，并以功率[W]和消耗能量[J或Wh]的形式輕松計算出開通損耗、導通損耗、閉合損耗以及以上合計等內(nèi)容。

圖2  計算單周期開關(guān)損耗

如圖3所示，除基礎(chǔ)運算外，橫河DLM系列還支持用戶同時縮放被測波形中的任意兩個位置，便于其通過放大周期中的開通部分和關(guān)斷部分確認振鈴和干擾的狀態(tài)。

與此同時，用戶還能通過使用周期統(tǒng)計測量分別計算出對象范圍內(nèi)的所有周期損耗，并通過顯示在列表上的相應結(jié)果查看對應波形，圖3就是以圖2中的波形為例在應用周期統(tǒng)計測量后的示例圖，按周期計算得出的4種參數(shù)在屏幕上一覽無余。用戶可在列表中以任意選取單元格的方式獲取該單元格所對應的周期的波形，如此一來若遇異常情況用戶也能迅速發(fā)現(xiàn)并迅速鎖定對應信號。

圖3  周期統(tǒng)計測量功能

在使用周期統(tǒng)計測量功能時，“最大記錄長度”這一關(guān)鍵性能顯得尤為重要。假設(shè)測量目的為用戶需捕獲電機轉(zhuǎn)一圈的波形并確認其損耗的變化情況。那么當轉(zhuǎn)速為1000rpm時，電機轉(zhuǎn)一圈所需的時間為60ms。如果在采樣率為2.5GS/s、時間軸刻度為10ms/div的情況下進行測量，則需要250M點的記錄長度。如果使用最大500M點內(nèi)存來捕獲所有通道的DLM5000HD，則可順利進行測量。

若逆變器的載波頻率為10kHz、電機為4極，則可在60ms內(nèi)存中獲取1200個周期波形。如果分別計算4種參數(shù)，則所獲得的參數(shù)總量為4800個，而橫河DLM系列不僅能囊括10萬個參數(shù)，還能將其以列表形式直接顯示或采用直方圖、趨勢圖的方式保留相關(guān)參數(shù)。

02逆變器動作評估

在確認逆變器的動作時，通常會有大量的測量點。以圖4所示的MOSFET三相逆變器測試為例，在測量6個器件中每個器件的柵極-源極間電壓和漏極-源極間電壓會有12個測量點，而在此基礎(chǔ)上觀測3個系統(tǒng)的輸出電流則會有15個測量點。

圖4 逆變器的測量點示意

如何將多個測試點的數(shù)據(jù)一網(wǎng)打盡呢？一般的工程師會使用傳統(tǒng)的4通道示波器進行多次測量，或通過觸發(fā)器同步多臺示波器以增加可同時測量的通道數(shù)。但是前者的測量效率非常低，后者會因為觸發(fā)延遲對高速器件的較大影響，而需要工程師們頻繁進行延遲校正。

而橫河DLM5000HD則能輕松解決這一測試難題，如圖5所示其模擬8通道及兩臺同步聯(lián)機功能(DLMsync)，可滿足用戶同時測量16個模擬通道的需求。同時DLMsync的設(shè)置也非常簡單，用戶僅需使用一根專用連接電纜連接2臺儀器，然后按下菜單上的按鈕即可，屆時設(shè)備將根據(jù)采樣時鐘電平進行同步，其同步準確度高達±50ps。

圖5 DLMsync功能

有關(guān)開關(guān)損耗測試和逆變器動作評估的測試解決方案就先介紹到這里，后續(xù)我們將繼續(xù)為您解析如何利用高分辨率示波器DLM5000HD的另外兩個特點來解決電動汽車用逆變器評估中遇到的“浪涌測量”和“CAN信號測量”等問題，敬請期待！