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电动汽车用逆变器开发中的高阶波形分析(一)
电动汽车用逆变器
开发中的高阶波形分析(一)
近年来，以汽车为首的内燃机驱动交通工具正在向以电机为动力源的电动化转型，作为电动汽车控制电机的利器，逆变器的转换性能决定了能量利用效率。横河高分辨率示波器DLM5000HD凭借其所具备的以下特点可为您针对性解决逆变器评估中的多种典型问题。本期推文将为您详细解析如何解决开关损耗测试和逆变器动作评估中的多点测量。
• 最大频带宽度500MHz，最高采样率2.5Gs/s
• 最大记录长度500M点(所有通道)，1G点(仅奇数通道)
• 最大输入模拟8通道、逻辑32位+DLMsync功能
• ADC分辨率 12位
• 开关损耗计算功能、两个位置缩放功能、CAN/LIN触发和分析功能、历史功能、统计测量功能
01开关损耗测量项目背景
测量开关损耗是逆变器开发过程中不可或缺的一环。如图一所示，工程师们通过使用开通/闭合区的电压和电流乘积、导通区的电流、导通电阻RDS(on)和饱和电压VCE(sat)等常数进行功率计算后得出功率器件的开关损耗，在这一过程中往往难以避免错算漏算等问题的发生，而在横河DLM系列示波器的助力下，用户可直接通过电源分析功能中的开关损耗计算选项轻松完成各类测试数据的计算，并同时兼顾测试精度与测试效率。
图1 开关损耗概要
例如，当用户在进行MOSFET测试时，可直接在DLM设备中输入电压和电流的电平值以及导通电阻值选取开关区，并以功率[W]和消耗能量[J或Wh]的形式轻松计算出开通损耗、导通损耗、闭合损耗以及以上合计等内容。
图2 计算单周期开关损耗
如图3所示，除基础运算外，横河DLM系列还支持用户同时缩放被测波形中的任意两个位置，便于其通过放大周期中的开通部分和关断部分确认振铃和干扰的状态。
与此同时，用户还能通过使用周期统计测量分别计算出对象范围内的所有周期损耗，并通过显示在列表上的相应结果查看对应波形，图3就是以图2中的波形为例在应用周期统计测量后的示例图，按周期计算得出的4种参数在屏幕上一览无余。用户可在列表中以任意选取单元格的方式获取该单元格所对应的周期的波形，如此一来若遇异常情况用户也能迅速发现并迅速锁定对应信号。
图3 周期统计测量功能
在使用周期统计测量功能时，“最大记录长度”这一关键性能显得尤为重要。假设测量目的为用户需捕获电机转一圈的波形并确认其损耗的变化情况。那么当转速为1000rpm时，电机转一圈所需的时间为60ms。如果在采样率为2.5GS/s、时间轴刻度为10ms/div的情况下进行测量，则需要250M点的记录长度。如果使用最大500M点内存来捕获所有通道的DLM5000HD，则可顺利进行测量。
若逆变器的载波频率为10kHz、电机为4极，则可在60ms内存中获取1200个周期波形。如果分别计算4种参数，则所获得的参数总量为4800个，而横河DLM系列不仅能囊括10万个参数，还能将其以列表形式直接显示或采用直方图、趋势图的方式保留相关参数。
02逆变器动作评估
在确认逆变器的动作时，通常会有大量的测量点。以图4所示的MOSFET三相逆变器测试为例，在测量6个器件中每个器件的栅极-源极间电压和漏极-源极间电压会有12个测量点，而在此基础上观测3个系统的输出电流则会有15个测量点。
图4 逆变器的测量点示意
如何将多个测试点的数据一网打尽呢？一般的工程师会使用传统的4通道示波器进行多次测量，或通过触发器同步多台示波器以增加可同时测量的通道数。但是前者的测量效率非常低，后者会因为触发延迟对高速器件的较大影响，而需要工程师们频繁进行延迟校正。
而横河DLM5000HD则能轻松解决这一测试难题，如图5所示其模拟8通道及两台同步联机功能(DLMsync)，可满足用户同时测量16个模拟通道的需求。同时DLMsync的设置也非常简单，用户仅需使用一根专用连接电缆连接2台仪器，然后按下菜单上的按钮即可，届时设备将根据采样时钟电平进行同步，其同步准确度高达±50ps。
图5 DLMsync功能
有关开关损耗测试和逆变器动作评估的测试解决方案就先介绍到这里，后续我们将继续为您解析如何利用高分辨率示波器DLM5000HD的另外两个特点来解决电动汽车用逆变器评估中遇到的“浪涌测量”和“CAN信号测量”等问题，敬请期待！
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