電動車牽引逆變器和馬達量測與分析

牽引逆變器和馬達的功能模塊。

瞭解電動車中的逆變器和馬達技術

電動車採用不同類型的電動馬達，但它們都需要將 PWM 電壓訊號施加到馬達定子上，以產生間隔 120° 的三個正弦電流。高壓輸入的調變通常由高壓 IGBT 或 MOSFET 在 20 至 100 kHz 的頻率範圍內切換執行。設計人員努力將切換過程中的能量耗損降至最低，同時保持安全時序。

閘極驅動器由微控制器 (MCU) 子系統控制並判斷切換裝置的時序。控制電路必須與高壓部分進行電氣式隔離。

逆變器控制器通常使用 DSP 演算法，如磁場定向控制 (FOC)，以精確改變 PWM 輸出。根據驅動器的輸入和馬達目前的速度，逆變器的 MCU 控制轉子直軸 (D) 的極與磁場或交軸 (Q)之間的角度，以提供平滑、最佳化的轉矩。感測器 (如馬達轉子上的編碼器或解角器) 提供轉子角度的反饋。

分析臨界逆變器訊號

脈寬調變和多相電流與電壓波形，一直是汽車示波器和使用這類儀器的工程師需要面對的挑戰。然而，能夠查看和測量這些波形對於最佳化逆變器的可靠性、穩健性、功率密度和效率至關重要。

6通道和8通道示波器的引入使研究三相系統變得更加容易，但對於逆變器，還需要特殊的測量技術，其中包括：

• PWM 訊號的觸發相對較困難，因此很難獲得穩定、可重複的測量結果。必須特別注意確保穩定的參考時間。
• 分析三相系統需要對各個相位以及整個系統進行電壓、電流、角度和功率的測量。相量圖是觀察量級、角度和平衡的理想選擇。

4/5/6 系列示波器上的逆變器、馬達和驅動分析軟體簡化了 PWM 輸出觸發和三相測量的相關設置。相量圖顯示可幫助您視覺化並直觀的瞭解並解決三相系統相關問題。

逆變器輸出端的三相電壓、電流和功率測量。

瞭解更多：

進一步了解在示波器上使用相量圖進行三相功率分析

可視向量控制參數，如 DQ0

與開環系統相比，閉環逆變器和馬達系統使用反饋來提供更為優越的速度和轉矩控制。閉環「向量」控制器執行即時計算，將角度和電流反饋轉換為更簡單的變數 (D 和 Q)，這些變數可以即時線性縮放。縮放後的 D 和 Q 參數可以進行逆轉換以向用於驅動開關的調變器提供輸入。​

由於這些重要的計算發生在控制器的深處，因此很難研究相對於其他系統參數的 D 和 Q。5/6 系列 B MSO 上的 IMDA 應用程式支援獨特的測量 - DQ0 (直交零)，可幫助工程師深入了解控制器。它透過應用帕克和克拉克轉換的組合從逆變器的輸出波形計算 D 和 Q。結果顯示測量數值和帶有合成向量的相量圖。透過結合編碼器角度，工程師可以觀察到與 QEI 指數脈衝一起使用時與轉子磁鐵零點位置對齊的 DQ0 向量。這些可視化工具在馬達實際運行期間提供對控制器性能的獨特視覺化效果。

DQ0 測量使用輸出波形來計算和顯示控制系統係數。​

瞭解更多：

使用示波器進行馬達控制系統的 DQ0 分析白皮書

了解寬能隙功率元件集成的影響

改採用 800 V 架構帶來了諸多優勢，例如更低的電纜和電池成本、更低的熱損耗和更高的系統效率。SiC MOSFET 可實現更高的切換電壓和更低的損耗，然而基於矽裝置的傳統測試計畫將不再適用。

寬能隙半導體測試面臨的主要挑戰包括：

• 高功率的電流和電壓探測
• 在非常高共模電壓的情況下準確測量高端 MOSFET 上的訊號
• 透過標準化測試 (如雙脈衝測試) 測量切換損耗

Tektronix 提供使用 SiC MOSFET 的牽引逆變器測試解決方案，其中包括提供示波器、高壓差分探棒、電流探棒、光學隔離探棒、訊號源和精密電源等。

雙脈衝測試軟體使用一致的自動測量技術進行 Eon 和 Eoff 測量。

瞭解更多：

了解雙脈衝測試相關的更多詳細資訊