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新能源汽车电机驱动测试解决方案

2021-09-01 赵明灿 阅读:
泰克科技高级应用工程师刘剑发表了“新能源汽车电机驱动测试解决方案”主题演讲。内容包括六个部分:新能源汽车大势所趋、三相电机驱动原理简介、电机驱动动态跨域分析、更高精度的电源质量分析、宽禁带功率器件测试挑战及方案、快速EMI诊断。

日前,由ASPENCORE旗下EDN电子技术设计、EET电子工程专辑、ESM国际电子商情联合举办的“电机驱动与控制论坛”在深圳圣淘沙酒店(翡翠店)举办。会上,泰克科技高级应用工程师刘剑发表了“新能源汽车电机驱动测试解决方案”主题演讲。内容包括六个部分:新能源汽车大势所趋、三相电机驱动原理简介、电机驱动动态跨域分析、更高精度的电源质量分析、宽禁带功率器件测试挑战及方案、快速EMI诊断。Q9Qednc

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下面是新能源汽车产业路线图,为汽车产业的发展提供了方向。其中,能源革命涉及到三电(电机、电驱和电池)的核心技术。Q9Qednc

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节能及新能源汽车的发展方向与“2035年实现碳达峰,2060年实现碳中和”的国家目标是息息相关的。Q9Qednc

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要实现这个目标就需要降低整个行业的碳排放,也即要提高效率以及采用新的可再生能源。下图显示了我国节能与新能源汽车技术重点发展方向。Q9Qednc

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他介绍了一件有意思的事,就是通过采用第三代半导体并不能带来很大的效率提升,但是却可以提高功率密度,从而使体积减小。这样就有利于电机或电池的排布,从而使整车的布线做得更好,进而使整车的能耗降低30-40%。Q9Qednc

下图是新能源汽车电源及电机驱动的基本框图。其中所包含的典型测试项目如图所示。Q9Qednc

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对于电机控制,在什么角度下力才是最大?他介绍说,只要保证磁铁吸力全部向左,在垂直方向的力最小,要把力传导过去,不仅仅是力的大小,还有磁铁的角度。要么就是改电流,要么就是角度,场定向就是控制角度和电流。Q9Qednc

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如下图所示,中间是电机在转动,黑色箭头是整个电机的合力方向,电流的合力方向,这时候就是要控制三相电机ABC的整个合力大小。Q9Qednc

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以直流电机为例,要做电机控制,必须知道当前量,与预设电流进行比较,产生误差信号,然后调节PWM的占空比。Q9Qednc

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对于三相电机FOC控制,就需要同时监测三相电流。这时候要注意的是,如果只测两相,那就需要是三相平衡的。三相电机FOC控制变量多,ia、ib、ic以及对应的相位角,计算和控制逻辑更加复杂。Q9Qednc

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下面几张图是针对三相电机FOC控制的Clarke和Park变换。Q9Qednc

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在做电机控制时需要对其进行相应测试。三相电机FOC控制需要先对三相电的电压电流进行监控,然后通过上述变换,将其转换成更简单的方式,来对电机进行驱动控制。示波器可用于帮助更好地监测三相电的状态(经过Clarke-Park变换后实际上只需要做DQ0分析),以及旋转角的监测。Q9Qednc

示波器可以用于持续监测信号的动态。Q9Qednc

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泰克示波器上的IMDA软件除了可以做传统的分析以外,还提升了动态跨域分析的能力。Q9Qednc

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同时,它提供了最大200次的谐波次数分析。Q9Qednc

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泰克示波器方案在做电机驱动控制测量时比较简单,因为可以同时监测3相电压和电流,还可提供更多通道和探头去接入其他反馈信号。Q9Qednc

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下图是DQ0的转换视图,非常直观。Q9Qednc

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下图是DQ0的测试结果。Q9Qednc

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下图是效率分析。Q9Qednc

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矢量分析。Q9Qednc

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下面来看宽禁带功率器件带来的测试挑战。宽禁带器件需要更高的共模抑制比,因此高压差分探头需要有更好的替代方案。泰克提供的IsoVu探头可以做更好的信号隔离。Q9Qednc

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本文为EDN电子技术设计 原创文章,禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
赵明灿
赵明灿是EDN China的产业分析师/技术编辑。他在电子行业拥有10多年的从业经验。在加入ASPENCORE之前,他曾在电源和智能电表等领域担任过4年的工程师。
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