以下文章來源于SysPro系統工程智庫 ，作者SysPro系統工程

導語：前段時間有星友咨詢，想了解電動汽車驅動系統的控制器(逆變器)硬件架構，今天我們借助Infineon主驅逆變器的硬件架構說明下這個問題。

下圖是電動汽車主驅牽引逆變器系統硬件架構圖。牽引逆變器是電動汽車中的關鍵組件，對于車輛的性能和效率具有決定性的影響，它負責調節電機的速度和扭矩，實現高效的能量轉換，同時還具備促進再生制動功能，以便在車輛減速時為電池充電。為了提高整體系統性能并延長行駛里程，先進的牽引逆變器設計特別注重三點：高效率、低開關損耗以及出色的熱管理。我計劃用幾篇文章，從核心組件、系統功能、安全特性、關鍵特征四個維度解釋下這張圖。今天我們先看看第一部分：核心組件。

圖片來源：Infineon

01核心組件

1.1 AURIX微控制器

我們先看看逆變器的核心控制單元：AURIX微控制器。Aurix是整個驅動系統的中央大腦，在電機控制系統中發揮著至關重要的作用。通過高性能計算與控制、精確控制電機運轉、安全與可靠性、高效能源管理以及集成與可擴展性等方面的優勢，為電機控制系統的設計和實施提供了強大的支持。具體來說說：

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一、高性能計算與控制

AURIX微控制器以其高性能的CPU內核和先進的架構，能夠提供強大的計算能力。在電機控制系統中，這種高性能計算能力是必不可少的，因為它需要實時處理來自傳感器的大量數據，并快速計算出控制策略，以確保電機的精確和高效運行。

二、精確控制電機運轉

AURIX微控制器集成了多種外設和功能模塊，如GTM(Generic Timer Module)等，這些模塊專門設計用于電機控制。通過精確的時間管理和信號處理，AURIX微控制器能夠實現電機的精確控制，包括轉速、扭矩和位置的精確調節。這對于提高電機的運行效率和穩定性至關重要。

三、安全與可靠性

AURIX微控制器在安全性方面表現出色，它集成了硬件安全模塊和先進的加密技術，能夠保護電機控制系統免受外部攻擊和內部故障的影響。此外，AURIX微控制器還支持多種安全標準和協議，為電機控制系統的設計和實施提供了可靠的安全保障。

四、高效能源管理

在電機控制系統中，能源管理是一個重要的考慮因素。AURIX微控制器通過其低功耗設計和先進的電源管理技術，能夠有效地降低系統的能耗，提高能源利用效率。

五、集成與可擴展性

AURIX微控制器具有良好的集成性和可擴展性，它支持多種通信協議和接口，如CAN、LIN、FlexRay和以太網等。這使得AURIX微控制器能夠輕松地與其他系統組件進行集成和通信，實現電機控制系統的整體優化和擴展。

1.2 Power Stage

接下來我們逆變器核心執行單元：Power stage，它主要負責將控制器輸出的控制信號轉換為電機所需的電力信號，有些公司也稱其為Power Conversion，即DC/AC功率轉換單元。這一過程包括電壓和電流的轉換，以及電能的傳輸和分配。通過精確控制power stage中的開關器件(如IGBT、MOSFET等)，可以實現電力轉換與傳輸、精確控制電機運行、能量回收與利用以及提高系統可靠性與安全性等多重作用。

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一、電力轉換與傳輸

以IGBT為例。IGBT具有高電壓、大電流和高頻率特性，使其成為電力傳遞和開關控制的理想選擇。在電機控制系統中，IGBT能夠將高壓直流電(HVDC)轉換為交流電(AC)，以滿足電機的運行需求。這一轉換過程是通過控制IGBT的開關狀態來實現的，當IGBT處于開啟狀態時，電流可以從集電極流過;反之，當IGBT處于關斷狀態時，電流則無法通過。

二、精確控制電機運行

IGBT的快速開關速度使其能夠在瞬時變化的電路環境中迅速切換，結合電機本體的特性，通過一定的標定，從而實現對電機運行的精確控制。電機控制系統通過控制IGBT的開關狀態，可以精確地調節電機的各種運行狀態，以提升電機的運行效率、降低能耗，并延長電機的使用壽命。

三、能量回收與利用

在電動車輛中，IGBT還負責在制動時將部分制動能量回收并存儲到動力電池中。通過控制IGBT的開關狀態，電機控制器可以將電機的發電能量轉換為直流電，并將其存儲到動力電池中，從而提高能量利用效率。這一功能有助于延長電動車輛的續航里程，并降低運行成本。

四、提高系統可靠性與安全性

IGBT具有高可靠性和長壽命的特點，能夠在惡劣的工作環境下穩定運行。此外，IGBT還具備過流、過壓和過熱等保護功能，能夠在檢測到異常情況時及時切斷電源或降低功率，以保護電機和整個控制系統的安全。這些特性有助于提高電機控制系統的可靠性和安全性，降低故障率和維修成本。

1.3 IGBT Driver IC

英飛凌IGBT Driver IC在電機控制系統中發揮著精確控制IGBT開關、提供電氣隔離與保護、優化開關性能與降低損耗、提高系統穩定性與可靠性以及支持多種電機控制策略等多重作用。

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一、精確控制IGBT開關

IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)是電機控制系統中的核心功率器件，負責將電能轉換為機械能。英飛凌IGBT Driver IC能夠精確控制IGBT的開關狀態，實現電機的高效、精確驅動。通過調節IGBT的門極電壓和電流，Driver IC能夠確保IGBT在開通和關斷過程中具有穩定的電氣特性，從而優化電機的運行效率和性能。

二、提供電氣隔離與保護

在電機控制系統中，IGBT Driver IC通常具備電氣隔離功能，能夠將控制器與高壓功率電路隔離開來，確保系統的安全性和可靠性。同時，Driver IC還集成了多種保護功能，如過流保護、過壓保護和短路保護等，能夠在檢測到異常情況時及時切斷電源或降低功率，以保護IGBT和整個控制系統的安全。

三、優化開關性能與降低損耗

英飛凌IGBT Driver IC采用了先進的驅動技術和電路設計，能夠優化IGBT的開關性能，降低開關損耗和電磁干擾(EMI)。通過精確控制IGBT的開通和關斷過程，Driver IC能夠減少電壓和電流的波動，從而降低功率損耗和熱量產生。同時，Driver IC還能夠提高IGBT的開關速度，加快電機的響應速度，提高系統的動態性能。

四、提高系統穩定性與可靠性

IGBT Driver IC的高度集成化和優化設計有助于提高電機控制系統的穩定性和可靠性。通過減少外部組件的數量和簡化電路設計，Driver IC能夠降低系統的復雜性和故障率。同時，Driver IC還具備強大的抗干擾能力和容錯能力，能夠在惡劣的工作環境下穩定運行，確保電機的可靠運行。

五、支持多種電機控制策略

英飛凌IGBT Driver IC能夠與多種電機控制策略相結合，如矢量控制、直接轉矩控制等。通過精確控制IGBT的開關狀態，Driver IC能夠支持電機實現更高效、更精確的控制，從而滿足電機控制系統對高性能和高精度的要求。