我們已經(jīng)看到提高電動(dòng)汽車動(dòng)力總成的效率可以增加其續(xù)航里程。除了純機(jī)械解決方案（例如使用更大（或多個(gè)）電動(dòng)機(jī)或變速箱的附加組件）之外，立即提高效率的最佳方法是使用更好的軟件來控制動(dòng)力總成的不同元件。

在這種情況下，讓我們首先定義什么是“更好的軟件”：更好的軟件是控制電動(dòng)機(jī)及其逆變器的軟件，從而擴(kuò)大其工作范圍，從而擴(kuò)大其最佳工作區(qū)域，提供更高的功率，并提供更好的整體電動(dòng)動(dòng)力總成效率。

對(duì)更寬工作范圍的挑戰(zhàn)

要擴(kuò)大電動(dòng)機(jī)的工作范圍，您需要對(duì)其進(jìn)行控制，以便通過提高最大速度并在速度范圍內(nèi)提供更大的扭矩來提供更多功率。不幸的是，扭矩和速度的增加會(huì)在逆變器和電動(dòng)機(jī)本身中引入多種不良副作用。逆變器功率晶體管的開關(guān)損耗會(huì)增加，電動(dòng)機(jī)的鐵和銅損耗也會(huì)增加。需要先進(jìn)的補(bǔ)償技術(shù)和調(diào)制策略來減輕損耗的增加，并消除不必要的嚴(yán)重附帶效應(yīng)，如諧波注入、噪聲和振動(dòng)。

圖 1 – 不斷擴(kuò)大的電動(dòng)機(jī)工作范圍帶來了更多挑戰(zhàn)

逆變器中的開關(guān)損耗

逆變器是一種電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，它將來自電池的直流電 （DC） 轉(zhuǎn)換為多相交流電 （AC）。交流電的輸出正弦波是通過使用脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)以一定速度（或更準(zhǔn)確地說在特定頻率）交替地打開/關(guān)閉多個(gè)功率晶體管的排列來構(gòu)建的。逆變器要求的開關(guān)頻率與其控制的電動(dòng)機(jī)的速度以及電動(dòng)機(jī)的對(duì)極數(shù)直接相關(guān)。

在每個(gè)開關(guān)處，晶體管換向過程中每個(gè)晶體管的內(nèi)阻（傳導(dǎo)損耗）和電容（開關(guān)損耗）中損失了一部分能量。根據(jù)功率晶體管技術(shù)（MOSFET、IGBT、SiC 或 GaN），損耗值是可變的。一般規(guī)則是，需要的開關(guān)越多，逆變器損耗就越高。

電動(dòng)機(jī)中的鐵和銅損耗

在同步電機(jī)中，主要電損耗來自用于在定子中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的鐵芯和銅線圈[1]。

如圖2所示，鐵損在較高速度下占主導(dǎo)地位。它們是由于銅線圈在鐵中感應(yīng)的電流（渦流[2]）。當(dāng)場(chǎng)強(qiáng)超過一定限度時(shí)，諧波和噪聲被注入電動(dòng)機(jī)。

圖2 –銅和鐵損耗定位

銅損[3]在低速和高扭矩下占主導(dǎo)地位。為了獲得最大扭矩，通過在銅線圈中發(fā)送更多電流來增強(qiáng)磁場(chǎng)。隨著電流的增加，電阻損耗增加，從而降低整體效率并增加散熱，從而可能損壞電機(jī)本身。

通過更好的軟件控制減少損失并提高效率

對(duì)于每個(gè)工作扭矩/速度設(shè)定點(diǎn)，主要損耗是不同的，單個(gè)調(diào)制策略無法適當(dāng)?shù)仄胶鈸p耗。減少損耗的解決方案是通過使用不同的調(diào)制技術(shù)來控制逆變器和電動(dòng)機(jī)，從而限制其發(fā)生，超越標(biāo)準(zhǔn)和廣泛使用的空間矢量PWM（SVPWM）技術(shù)?？茖W(xué)文獻(xiàn)[4]描述了分為連續(xù)和不連續(xù)調(diào)制技術(shù)（CPWM，DPWM）的復(fù)數(shù)方法，這些方法在扭矩/速度操作設(shè)定點(diǎn)上具有不同的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。其中一個(gè)缺點(diǎn)是噪聲振動(dòng)聲粗糙度（NVH），這會(huì)對(duì)車輛的駕駛性能產(chǎn)生負(fù)面影響。

Silicon Mobility通過稱為自適應(yīng)PWM控制（APC）的增強(qiáng)調(diào)制策略提供更好的軟件控制。

APC應(yīng)用不同的調(diào)制策略，這些策略在電動(dòng)機(jī)的電氣角度位置上非常精確地切換。電壓相位補(bǔ)償（VPC）算法用于擴(kuò)展電動(dòng)機(jī)的工作范圍，以連續(xù)校正磁通量。然后，磁場(chǎng)定向控制（FoC）與強(qiáng)大的選擇性諧波消除（SHE）算法相輔相成，以高電角度分辨率整形逆變器相電壓信號(hào)，同時(shí)消除整個(gè)電動(dòng)機(jī)扭矩/速度圖中的功率晶體管開關(guān)事件，諧波和NVH效應(yīng)。

圖 3 – 自適應(yīng) PWM 控制可在多種調(diào)制策略之間無縫排列

最后，在電機(jī)轉(zhuǎn)矩/速度曲線的“恒定功率”區(qū)域使用降噪過調(diào)制（ONR）算法，以消除幾乎所有的銅損。無論電機(jī)的扭矩/速度需求在哪里，Silicon Mobility的APC都會(huì)應(yīng)用適當(dāng)?shù)恼{(diào)制來消除損耗。調(diào)制策略之間的選擇因逆變器和電動(dòng)機(jī)特性以及每個(gè)設(shè)定點(diǎn)上的扭矩/速度主要損耗而異。

APC配備了OLEA APP INVERTER HE，這是一個(gè)在OLEA FPCU上運(yùn)行的應(yīng)用程序，是唯一能夠支持這種更好軟件的半導(dǎo)體產(chǎn)品。WTLP測(cè)試周期的仿真表明，與在現(xiàn)有多核微控制器上運(yùn)行的傳統(tǒng)控制系統(tǒng)相比，OLEA APP INVERTER HE將逆變器/電動(dòng)機(jī)中的電動(dòng)動(dòng)力總成效率提高了20%。

審核編輯：郭婷