深入解析電驅系統效能：從三相功率到 SiC 切換的優化之道
- Sonya Chan
- 10月5日
- 讀畢需時 4 分鐘
汽車產業正在經歷一場朝向電動化的轉型變革，對電驅系統進行精準的量測與分析，對於提升其效能、效率與可靠性至關重要，MXO 示波器已成為執行這些量測的必備測試工具，它能提供對電壓與電流波形的即時洞察，讓工程師與技術人員得以探究複雜的運作機制，進而改善驅動系統的效能與效率。
驅動系統的效能特性分析
驅動系統的效能特性分析是多面向的，其目標是確保無縫整合與最佳的功能性，需要在驅動系統內的關鍵點進行電壓與電流波形分析，以判定不同階段的功率轉換效率以及功率因數，從而找出改善空間，必須對馬達控制演算法進行驗證，以確保馬達的行為能精準且靈敏地回應控制輸入，暫態分析則有助於判定驅動系統對負載或功率條件突然變化的響應，識別並抑制系統諧波失真，則有助於改善電力品質與整體的驅動系統可靠性，這種全面的方法，能確保對驅動系統的行為有透徹的理解，並有助於優化其效能。
Rohde & Schwarz 解決方案
在處理如此多樣化的量測需求時，需要不同的設備才能獲得精準的結果，功率分析儀、低頻向量分析儀或匯流排解碼器都有助於進行精準的量測，而示波器則透過將時間與幅度的關係視覺化，扮演著獨特的角色，同時還提供了諸如快速傅立葉轉換（FFT）、數學運算、諧波分析、數位通訊協定解碼與頻率響應分析等多種工具。
作為新一代的示波器，MXO 系列在電驅系統優化方面表現卓越，提供了基本的時域分析、當前最快的波形擷取率、18-bit HD 解析度、超快速的 FFT 頻譜功能以及超深度的記錄長度，MXO 5 系列是首款可用於三相分析的八通道示波器，能夠同時量測電壓與電流。
效益
每秒 450 萬次波形擷取： 最高的擷取率，涵蓋率高達 99 %
18-bit HD 模式： 當前所能達到最精確、最準確的解析度
每通道 400 Mpoints/500 Mpoints： 能在更長的時間內維持高取樣率
每秒 45,000 次 FFT： 反應靈敏的頻譜，可用於**電磁干擾（EMI（Electromagnetic Interference））**分析
數位觸發： 具備當前最高的 0.0001 div 觸發靈敏度
逆變器驅動控制需要更多通道
將直流電池電力轉換為交流電動馬達驅動電力，是驅動系統的主要元件之一，為了提升效率，時序精準的逆變器閘極（圖騰柱（Totem-pole）架構）會透過脈衝寬度調變（PWM（Pulse-Width Modulation））將直流脈衝切換為不同寬度，再濾波成交流形式來驅動馬達。
三相電動馬達需要三組逆變器閘極，其交換邏輯與時序將會影響驅動效能，需要在每個逆變器相位中量測電壓與電流，同時，量測扭力與馬達驅動速度的感測器也能提供深入的洞察，MXO 5 系列擁有更多通道，有助於擷取逆變器驅動控制的全貌視圖。
交換閘極問題
為了獲得更高的效率與更快的驅動系統響應，採用絕緣柵雙極電晶體（IGBT（Insulated-Gate Bipolar Transistors））的設計，正轉向使用寬能隙（Wide Bandgap）技術的電晶體（例如碳化矽（SiC）），這種技術提供了更快的交換速度，更重要的是，這些電晶體具有更低的動態導通電阻，可實現更好的導電效率。
更快的上升/下降邊緣是一項設計挑戰，因為它們可能在系統中引入 EMI 雜訊，當高側與低側閘極同時導通時，寄生訊號會加劇振鈴現象，並引發具破壞性的擊穿（Shoot-through）事件，因此需要對電晶體與逆變器電路進行額外的時序分析。
MXO 系列的數位觸發在偵測電晶體閘極的**突波（Glitches）**時非常有用，18-bit HD 解析度提供了可被精準觸發的高精度波形，並具備高觸發靈敏度，有助於對設計進行除錯，快速的 FFT 則有助於偵測 EMI 輻射，並改善電路濾波器的設計。
總結
電驅系統的改進，需要不同的測試方法，從高層級的三相諧波改善，到閘極驅動的交換分析，與專為高精度規格量測而設計的功率分析儀不同，示波器能夠提供一個時序視圖，幫助使用者理解不同時序控制下的時變行為，示波器本身也功能多元，具備在時域與頻域中的測試能力，可用於電功率效率量測、EMI 除錯、諧波分析與匯流排解碼。
MXO 系列示波器標配深度記錄長度，使其成為電驅系統測試的理想選擇，因為後者通常響應較慢，數位觸發、HD 高精度、量測趨勢圖、快速頻譜分析以及八通道能力，在評估電驅系統效能時，開啟了無窮的量測可能性。
相關產品
R&S®MXO 5 是專為現代電驅系統分析所打造的終極工具，作為業界首款八通道示波器，它能以單機之力，同步擷取三相馬達的全數電壓與電流波形，以及轉速、扭力等感測器訊號，實現對逆變器效能的全面性分析，其領先的 18-bit HD 解析度，能清晰呈現 SiC/IGBT 閘極驅動訊號上的微小突波與振鈴，而高達 0.0001 div 的數位觸發靈敏度，則能精準鎖定擊穿（Shoot-through）等偶發異常事件，結合每秒 45,000 次的快速 FFT，讓工程師能同步進行功率分析與 EMI 除錯，是加速電動車開發的強大利器。
