HV/EV (ハイブリッド車と電気自動車) のインバータとモーターの制御

業界をリードする性能と信頼性に優れたソリューションをインバータとモーター制御システムに採用することで、航続距離を最大化できます。

アプリケーションを参照
Traction inverter: Range or acceleration?
電気自動車 (EV) の最適な性能を実現するには、トラクション・インバータとモーター制御システムが不可欠です。これらの次世代システムを構築するために、設計エンジニアは、電力損失の低減やシステム効率の向上によって EV の信頼性を向上させ、航続距離を延長し、安全性を向上させる必要があります。トラクション・インバータとモーター制御システムは、TI の組込みプロセッシング・チップなどの制御機能と高い演算性能を必要とし、TI の絶縁型ゲート・ドライバ、バイアス電源、電流 / 電圧センシング技術と協調して動作します。出力電流の動的制御により、シリコン・カーバイド (SiC) などのワイド・バンドギャップ技術を使用できます。TI の製品を使用することで、EV は理想的なモーター・トルクを維持すると同時に、システム全体の効率を改善することができます。

TI のトラクション・インバータとモーター制御システムを選択する理由

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2 倍のモーター速度

する高速な制御ループがトルク・リップルを最小限に抑え、トラクション・モーターにスムーズな速度プロファイルとトルク電流プロファイルを提供ため、より長い航続距離とスムーズな運転環境を実現できます。

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効率とシステムの電力密度の向上

ワイド・バンドギャップ・技術により、同じフットプリントと重量でより強力な電源システムを設計でき、さまざまな温度、速度、トルクにわたって効率を向上させ、車両の航続距離を延長することができます。

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障害発生率の低減とインバータ寿命の延長

強化された定格静電容量性絶縁技術と早期障害検出により、システムの信頼性を向上させます。TI のリソースと専門知識を活用して、ASIL D までの機能安全への準拠を効率化できます。

実現に寄与する技術

絶縁型ゲート・ドライバ

ゲート・ドライバは、入力と出力の間でガルバニック絶縁を実現します。また、SiC または IGBT ベースの 3 相モーター・ハーフ・ブリッジを駆動し、さまざまな故障条件を監視して対処することができます。

利点:

  • システム・レベルの効率の向上:ターンオン時とターンオフ時のエネルギーなど、スイッチング損失や導通損失を最小化します。
  • 電力密度の向上:高い駆動能力により、ゲート・ドライバのケース温度を抑え、高額なヒートシンクや追加の PCB グランドの必要性を低減できます。
  • 信頼性と安全性の向上:内蔵された IGBT/SiC 状態監視によって、パワー・スイッチの早期故障を識別できます。最適化された診断機能は、最高レベルの機能安全定格 (ASIL-D まで) に対応しています。 
技術記事
SiC トラクション・インバータの電力損失と放熱の低減
SiC MOSFET 電力損失を低減し、より高いスイッチング周波数と効率の向上を実現することで、次世代の電気自動車 (EV) の航続距離を延長させます。
ホワイト・ペーパー
高性能な統合型パワートレイン・ ソリューション: EVに適用するための要件
高性能の統合型パワートレイン・ソリューションが電気自動車が普及するための鍵となる背景をご確認ください。
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アプリケーション・ノート
HEV/EV Traction Inverter Design Guide Using Isolated IGBT and SiC Gate Drivers (Rev. B)
HEV/EV (ハイブリッド車と電気自動車) のトラクション・インバータで IGBT と SiC による絶縁型ゲート・ドライバがどのように使用されているかご確認ください。
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IGBT と SiC 制御 に関する主な製品
UCC5870-Q1 アクティブ 車載対応、IGBT/SiC FET 向け、3.75kVrms、30A、シングルチャネル機能安全絶縁型ゲート・ドライバ

リアルタイム制御マイコン

高性能リアルタイム制御マイコンを採用すると、次世代の電動化自動車で新しいアーキテクチャを実現できます。4μs 未満の制御ループ (リゾルバを含む) と 3.2k DMIPS の計算性能を備えたこれらの機能によって、次のことを実現できます。

  • 航続距離の延長:20,000rpm を上回るいっそう高速なモーター回転速度を実現できます。その結果、モーターのサイズを小型化し、航続距離を延長することができます。
  • 電力密度と効率の向上:制御ループ帯域幅の利用効率が向上されており、(20kHz を上回る) 高いスイッチング周波数にも対応しているため、シリコン・カーバイド (SiC) などのワイド・バンドギャップ技術を使用することができます。
  • 機能安全の認証効率化:機能安全に対応する各種機能を採用しており、最大で ASIL-D/SIL3 準拠、EVITA (E-Safety Vehicle Intrusion Protected Applications:電子安全強化自動車の侵入検出保護アプリケーション)、AUTOSAR に対応できます。
技術記事
マイコンを活用して自動車電動化設計の利点を最大限に引き出す方法
高性能リアルタイム・マイコンがどのようにモーターのサイズと重量を軽減して航続距離を延長させ、EV のいっそう手ごろな価格設定に貢献しているのかご確認ください。
アプリケーション・ノート
AM263x for Traction Inverters
このアプリケーション・ノートは、AM263x リアルタイム制御モジュールをベースとするインバータ・ソフトウェア・フレームワークについて説明しており、ソフトウェア開発時間を短縮するのに役立ちます。
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関連資料
ASIL D 安全性コンセプト検証済み、高速トラクション、双方向 DC/DC 変換のリファレンス・デザイン
このリファレンス・デザインは、単一の TMS320F28388D リアルタイム C2000™ マイコンを使用して、HEV/EV (ハイブリッド車と電気自動車) のトラクション・インバータおよび双方向 DC/DC コンバータを制御する方法を提示します。
マイコン に関する主な製品
新製品 AM2634-Q1 アクティブ 車載対応、リアルタイム制御機能とセキュリティ機能を搭載、最大 400MHz 動作、クワッド・コア Arm® Cortex®-R5F マイコン
新製品 TMS320F280039C-Q1 アクティブ 車載対応、C2000™ 32 ビット・マイコン、120MHz、384KB フラッシュ、FPU (浮動小数点演算ユニット)、CLA (制御補償器アクセラレータ) 搭載 TMU (三角関数算術演算ユニット
TMS320F28386D-Q1 アクティブ 車載対応、コネクティビティ・マネージャと 2x C28x+CLA CPU と 1.5MB フラッシュと FPU64 と CLB (構成可能ロジック・ブロック) と イーサネット搭載、C2000™ 32

適切なバイアス電源ソリューション

システム・コストを最適化しながら、電力密度と効率を向上させてシステム要件を満たすことができます。FET と磁気素子を内蔵したデバイス、FET を内蔵した外部磁気素子付きデバイス、および外部 FET と外部磁気素子を含む幅広いラインアップから選択できます。

利点:

  • 小型フットプリント、150V/ns を上回る CMTI、優れた EMI 特性により、電力密度と効率が向上。
  • ISO26262 への準拠およびシステム・レベルの診断と保護により、機能安全の認証を効率化。
  • 高いロード・レギュレーション精度と放熱性能により、パワー・モジュールを保護。
ホワイト・ペーパー
Power Through the Isolation Barrier: The Landscape of Isolated DC/DC Bias Power (Rev. A)
絶縁型 DC/DC バイアス電源仕様で絶縁バリアを経由して電力を供給する方法をご確認ください。
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技術記事
分散型電源アーキテクチャを採用して次世代 EVシステムを駆動
この記事で、業界最小クラスで最高クラス精度の絶縁型 DC/DC モジュールを使用して、お使いの絶縁型ゲート・ドライバ向けバイアス電源に優れた電力密度を実現する方法をご確認ください。
アプリケーション・ノート
Increase Traction Inverter System Robustness With a HV to LV Backup Supply (Rev. C)
HV (高電圧) から LV (低電圧) バックアップ電源を使用して、トラクション・インバータ・システムの堅牢性を向上させる方法をご確認ください。
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バイアス電源 に関する主な製品
新製品 UCC14240-Q1 アクティブ 車載対応、2.0W、24Vin、25Vout、高密度、3kVRMS 超過、絶縁型 DC/DC モジュール
LM25184-Q1 アクティブ 車載対応、65V、4.1A の MOSFET 内蔵、42VIN、フォトカプラ不使用のフライバック・コンバータ

位置センシング、絶縁型電圧 / 電流センシング

高い同相過渡耐性 (CMTI) と動作電圧により、高精度かつ低レイテンシの電流および電圧測定を実現し、トラクション・インバータ・システムの効率、信頼性、性能を向上させます。

利点:

  • 最新の静電容量性絶縁により、安全性を向上させ、システム・コストを削減。
  • 絶縁型アンプと変調器によって高帯域幅を提供し、迅速な制御と応答時間を実現することで、システムの信頼性と性能を向上。
  • ハイパワー・アンプはリゾルバ励起向けに特別に設計されており、PCB フットプリントが低減、外部保護が不要。
Analog Design Journal
Using isolated comparators for overcurrent and overvoltage fault detection in el
電気モーター・ドライブでの故障検出に絶縁型コンパレータを使用する方法をご確認ください。
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技術記事
HEV/EV リゾルバの効率を向上
リゾルバは、過酷な環境で動作し、高温に耐え、高精度の測定を実現できます。HEV/EV (ハイブリッド車と電気自動車) モーター制御アプリケーションにリゾルバを使用する利点をご確認ください。
センシング に関する主な製品
AMC1301-Q1 アクティブ 車載向け、高精度、±250mV 入力、3μs 遅延、強化絶縁型アンプ
AMC1311-Q1 アクティブ 車載対応、2V 入力、高精度、電圧センシング、強化絶縁型アンプ
ALM2403-Q1 アクティブ 車載、リゾルバ・アプリケーション向け、低歪み、デュアル・チャネル、高電圧、パワー・オペアンプ

機能安全システム認証手続きの効率化

TI のアナログ製品と組込みプロセッシング製品を使用して、ISO 26262 などの機能安全規格が課す厳格な要件に対応できます。機能安全分野の TI の認定エンジニアに加えて、機能安全に関する FIT 率 (平均故障率)、FMEDA (故障モード、影響、および診断分析)、安全認証書、ソフトウェア診断ライブラリなどの資料やリソースが利用できるので、認証プロセスの効率化に役立ちます。

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ホワイト・ペーパー
IEC 62380 と SN 29500 による機能安全の FIT ベース故障率推定の理解
IEC 62380 および SN 29500 に基づく機能安全 FIT (平均故障率) の基本故障レート推定値についてご確認ください。
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ホワイト・ペーパー
自動車および工業分野における機能安全認証の合理化
このホワイト・ペーパーでは、工場から高速道路までさまざまな設計を行うお客様向けに、集積回路 (IC) の設計に対する TI のアプローチについて説明し、機能安全設計の効率化に必要なリソースを提供します。
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機能安全 に関する主な製品
新製品 AM2634-Q1 アクティブ 車載対応、リアルタイム制御機能とセキュリティ機能を搭載、最大 400MHz 動作、クワッド・コア Arm® Cortex®-R5F マイコン
UCC5870-Q1 アクティブ 車載対応、IGBT/SiC FET 向け、3.75kVrms、30A、シングルチャネル機能安全絶縁型ゲート・ドライバ

HV/EV (ハイブリッド車と電気自動車) のインバータとモーターの制御 関連の各種リファレンス・デザイン

セレクションツールを使用すると、お客様のアプリケーションやパラメータに最適なリファレンス・デザインをご覧いただけます。

トラクション・インバータとモーター制御システムは、機能安全に関する厳格な要件を満たす必要があります。TI では、お客様の設計プロセスの簡素化と迅速化を支援するために、幅広い機能安全製品ラインアップに加えて、専門知識とツールを提供しています。
– Heinz-Peter Beckemeyer | Texas Instruments 機能安全マーケティング担当ディレクター

主要製品

絶縁型ゲート・ドライバ UCC5870-Q1 アクティブ 車載対応、IGBT/SiC FET 向け、3.75kVrms、30A、シングルチャネル機能安全絶縁型ゲート・ドライバ
新製品 Arm Cortex-R マイコン AM2634-Q1 アクティブ 車載対応、リアルタイム制御機能とセキュリティ機能を搭載、最大 400MHz 動作、クワッド・コア Arm® Cortex®-R5F マイコン
新製品 絶縁型 DC/DC コンバータとモジュール UCC14240-Q1 アクティブ 車載対応、2.0W、24Vin、25Vout、高密度、3kVRMS 超過、絶縁型 DC/DC モジュール
新製品 絶縁型コンパレータ AMC23C12-Q1 アクティブ Automotive fast-response reinforced isolated window comparator with adjustable threshold
2022年9月14日 | カンパニー・ブログ

次世代トラクション・インバータの半導体技術革新は、電気自動車(EV)の性能をさらに向上させ、運転する楽しさを追求します

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技術リソース

ホワイト・ペーパー
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トラクション・インバータ – 自動車の電動化を支える推進力
このホワイトペーパーでは、電力密度の維持と、モーターの高速化、効率の向上、システム・サイズの小型化のために、設計の際の注意事項を解説します。
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ホワイト・ペーパー
ホワイト・ペーパー
EV (電気自動車) のトラクション・インバータで設計の優先順位が性能最適化の場合
このホワイト・ペーパーでは、絶縁、高電圧ドメイン、低電圧ドメイン・テクノロジーなど、高性能トラクション・インバータ・システムを実現するための主なシステムのトレンド、アーキテクチャ、テクノロジーについて説明します。
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技術記事
技術記事
SiC トラクション・インバータの電力損失と放熱の低減
SiC MOSFET の電力損失を低減し、スイッチング周波数の高速化と効率の向上を実現すると、次世代の電気自動車 (EV) の航続距離を延長できます。