众所周知，电控系统是电动汽车的“三大核心”技术之一。据统计，电控系统效率提升1%，即可显著提升电动汽车的整车经济性，其设计出的车型也会在市场竞争中更具有竞争优势。那么，要提升电动汽车的效率应该从哪些方面入手呢？在接受功率电子设计采访时，德州仪器（TI）汽车牵引逆变器系统工程师经理Gong Xun做了以下一些阐释。

1. 电动汽车的效率、能耗与续航里程有着直接关系。那么，效率主要取决于哪些因素？

影响电动汽车效率和能源消耗的主要因素有很多，车辆的体积和重量就是其中之一，如车身材料、电子线束、冷却系统和外壳、磁体、电力电子等，这些都会使得空间和体积更大，因此给汽车带来更多负担，从而影响车辆的续航里程。电力电子效率，特别是驱动消耗的效率，包括：牵引逆变器效率（电气）、电机效率（机械）、再生制动（能量回收）等。再生制动是一种从汽车减速或制动过程中获取制动能量并用于为汽车电池充电的方式，其中牵引逆变器的效率起着关键作用。

2. 牵引逆变器是电动汽车中的重要总成，主要功能是进行能量转换并推动车辆，如何通过技术创新提高逆变器的效率？

牵引逆变器技术的最新进展使其成为一个富有成效的增长领域，例如利用支持800V技术的宽带隙功率器件、采用更高速度和更轻的电机等。
800V 技术提升了整个动力系统的性能（更好的扭矩、更低的阻力、更低的谐波、改进的能量回收）。SiC 功率开关可降低传导和开关损耗，它为电机控制提供更好的转矩控制和更低的谐波。SiC 使更高开关频率、更高速度和更轻的电机成为可能。宽带隙材料允许具有更好的热、高温性能，以实现更小的功率模块和更少的冷却。
高速电机控制可在不影响功率水平的情况下减小电机尺寸和重量，例如以更高的速度（＞ 30,000 rpm）运行。这需要快速传感与处理、先进的控制算法、更高的电源开关频率、使用高压 800V 电池并集成多个子系统以获得高功率密度。优化电机控制回路可实现快速、精确的反馈，从而使电机能够对速度或扭矩的变化做出快速反应。

3.TI的具有实时控制功能的微处理器和隔离式栅极驱动器有哪些特点？如何实现新型电动汽车牵引逆变器升级，从而提升电动汽车性能，实现更长续航里程？

微控制器（MCU）是系统的大脑。MCU 执行电机控制，并使用模数转换器（ADC）进行传感，使用内核计算磁场定向控制（FOC）算法，并通过脉冲宽度调制（PWM）驱动功率场效应晶体管（FET））信号。对于 MCU来说，向 800V 技术的转变导致对控制回路的要求更高，同时还需要满足汽车安全完整性等级（ASIL)-D 的安全要求。基于 ARM® 的 Sitara™ AM2634-Q1 和 C2000TM MCU 等器件的特性和功能旨在应对这些趋势。为了获得最佳的实时控制性能，您必须优化整个信号链，包括硬件和软件。从 ADC 采样（来自电机的输入）到写入 PWM（输出以控制电机）所花费的时间是衡量实时控制性能的基本标准。而牵引系统需要 ASIL-D 级别的功能安全。功能安全系统的一个关键部分是 MCU，因为它需要智能MCU来做出安全响应系统故障的决策。出于这个原因，MCU 的趋势是通过 ASIL-D 认证作为脱离上下文的安全元件。
TI 的栅极驱动器功能非常丰富，集成诊断功能，可在出现异常情况时快速检测和保护 SiC 功率器件。UCC5870-Q1还会持续测量和报告 SiC 器件在其寿命期间的运行状况、以便系统能够在 SiC 器件实际发生故障之前智能预测其剩余寿命。

4.在牵引逆变器创新中，一些厂商开始尝试使用碳化硅器件和模块，取得了很好的效率提升效果。TI的上述产品及技术在采用碳化硅的牵引逆变器中有什么用途，效果如何？

在为 TI 开发牵引逆变器系统中的半导体组件时、安全、可靠性、保护和寿命是重中之重。例如、UCC5870-Q1隔离式 SiC 栅极驱动器、基于 ARM®的 Sitara™ MCU、C2000™ MCU、具有集成变压器的 UCC14240偏置电源等器件均以接地方式构建、可为基于 SiC 的牵引逆变器提供最严格的 ASIL-D 安全级别。
TI 的栅极驱动器功能非常丰富，集成了诊断功能，可在出现异常情况时快速检测和保护 SiC 功率器件。TI 的 UCC5870-Q1和 UCC5871-Q1栅极驱动器具有30A 的驱动强度，基于更改和优化栅极电阻，实施可调栅极驱动解决方案非常容易。此外，其电隔离和100kV/μ s CMTI 可轻松用于采用快速开关 SiC 技术的高压应用。
电流感应环路的精度还有助于防止电气损耗、并在行驶过程中最大限度地减少振动。AMC1300B-Q1和 AMC1311B-Q1等隔离放大器支持精确的电流和电压测量、带宽超过200kHz、延迟小于2μs、电流隔离的共模瞬态抗扰度(CMTI)超过100kV/μs。
在隔离产品中实现的 TI 电容隔离技术具有非常高的隔离度和抗噪性，并使 MCU 侧的其余低功耗电路免受大功率磁体和 SiC 大功率模块中产生的大电场的影响。

5. 虽然使用碳化硅器件和模块可以带来更高的效率，还可以提高电动汽车的母线电压，但是，碳化硅是新的技术，在结温、工作频率、散热、可靠性等方面多有待进一步探索和验证，TI的隔离式栅极驱动器在这些方面进行了怎样的尝试，解决了哪些问题？

TI 的隔离式安全驱动器符合 ISO26262 标准，旨在增强系统保护、可靠性和使用寿命。功能丰富的驱动器和诊断集成将 PCB 面积减少了约 2 倍，同时消除了其他栅极驱动器所需的 20 多个分立器件，以提供相同水平的性能和安全性。这些驱动器具有动态驱动强度变化，有助于优化牵引逆变器不同负载条件下的系统效率。该驱动器具有高达 30A 的驱动电流，使逆变器设计可扩展至高达 300kW，而无需修改功率级设计。UCC5870/1-Q1 不断测量和报告 SiC 器件在其生命周期内的健康状况，以便系统可以在 SiC 器件实际发生故障之前智能预测它们的剩余寿命。

6.特别是可靠性是电动汽车不容忽视的问题，在这方面，TI的解决方案通过哪些方法提高可靠性，延长牵引逆变器和其他关键电动汽车部件的使用寿命？

TI 拥有以下关键技术来提高可靠性并延长牵引逆变器的使用寿命，其中包括：
·增强型额定电容隔离技术提供业界领先的电场击穿，简化向 800V 技术的转换
·早期故障检测，如电源模块健康状态监测，消除系统级故障
·将功能安全简化至 ASILD，以解决各种逆变器架构

7.现在，电动汽车效率的提升还存在哪些挑战？未来会从哪些方面去解决？

电动汽车效率的主要贡献者包括：牵引逆变器效率（电气）、电机效率（机械）、再生制动（能量回收）等。牵引逆变器升级只是电动汽车行业更大追求的一部分。一个主要目标是提高大功率电子系统的功率密度。这一改进将使更小的电路板获得更多能量，并减小功率转换系统、电机和其他驱动组件（包括牵引逆变器）的尺寸和重量。
集成动力总成系统是未来的主要趋势。模拟和嵌入式处理技术的进步使汽车制造商能够将车载充电器、DC/DC 转换器和牵引逆变器等单独的系统紧凑地组合到单个域控制器下的机械外壳中。通过集成动力总成，汽车制造商可以将设计成本降低一半，同时提高效率并提高可靠性和功率密度。这反过来又为驾驶员创造了更好的驾驶体验，包括更低的购买成本、更长的车辆寿命和更好的道路性能。