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  • 2023-1-12 10:33
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    随着国内外汽车电子架构日益复杂,面向服务的架构(Service-Oriented Architecture,SOA)设计理念逐渐从IT行业走进了汽车人的视野,近年来国内外的各OEM开始逐步推进基于SOA的整车架构。在此推进与演化过程中,S2S(Services To Signal)作为面向信号和面向服务的系统之间的交互桥梁也逐渐成为了非常基础和重要的功能 。 最近,北汇信息在CSDN、视频号、B站以及百家号账户上同步进行了一次直播(回放视频已上线),一 起探讨S2S的功能和针对S2S的测试解决方案。 鉴于直播的时间关系,有些问题没能展开回复,此次发布文字版的问答精选,以飨读者。 1. 延时的一般要求是多少? 这类的延时要求取决于各OEM的需求中对于延时的要求,与信号路由类似,此外还和总线类型有关,CAN、LIN、FlexRay由于通信机制存在差异,延时要求各不相同。一般是几毫秒或10多毫秒这个量级。 2. 功能逻辑是基于信号还是基于Service instance? 这两种都存在。 3. 对于多个源端的情况(信号或者参数来自不同, DUT 不能同时收到所有的源端信息),我们如何配置 transmission triggers ,是否每个源端都需要配置? 每个信号都可以将 transmission triggers 配置成true或者false 。 若配置成true,则在源端收到时就会在目标端触发发送,反之则不会触发目标端的发送 。 4. E 2E 不正确时 , S 2S 的转发具体是什么行为? 对于Service转Signal,若Service端的E2E不正确,那么改变Service端的参数值,对应Signal端的信号值不会跟着Service端改变,而是维持Last value。Signal转Service端同理,若Signal端的E2E不正确,服务端的服务参数同样不会随信号变化。此外,E2E不正确时在另一端(目标端)可以反馈E2E错误(目标端信号或者服务参数指示源端E2E错误)。 5. T LS 是否可以用 CAPL 实现? TLS的仿真和测试工程都可以使用CANoe CAPL脚本编程开发实现。 6. 域控的外围I / O 资源的服务化测试和S 2S 测试有何区别? 域控外围I/O资源的服务化测试,主要特点为:源端的信息来自于I/O资源(比如传感器的硬线信号),测试服务中的所承载的参数或数据,是否和I/O资源所要表征的状态一致(如开关的断开和闭合时对应的服务参数,是否分别与开关当前状态一致),此类测试属于功能测试的范围,比如原子服务/设备抽象服务的功能测试。S2S和上述基于域控外围I/O资源的服务化测试的区别是,S2S的源端信息来自于Service和Signal,这里的Service和Signal来源于以太网或者其他总线,而非域控本身的I/O资源。 7. 北汇 信息 提供的解决方案是用工具生成C AN oe工程吗? CANoe工程的各类文件(如.cfg、.tes)都是有特定格式的文本文件,从技术角度生成CANoe工程是可行的。目前北汇已经完成的S2S测试,暂时没有采用生成整个CANoe工程的方案。目前的方案是依据测试规范,通过CAPL及其它编程语言完成标准测试工程开发,而是通过定制开发的工具来解析S2S转发关系表,提取标准测试工程运行所需要的参数,从而完成测试工程的自动化配置。此方案可以减少由于S2S转发表变化而导致需要重新手动配置CANoe测试工程的工作量。 8. 用于测试开发的输入文件应该包含哪些信息? 主要包括如下三类输入信息: 1)S2S需求规范; 2)Service、Signal、E2E相关的信息(ARXML中包含,或者提供同样包含相关信息的其它类型的数据库文件) 3)S2S转发关系表 4)其他输入(需求规范中涉及的如SecOC等需求对应的输入物) 9. 基于服务的通信除了 AUTOSAR 的 AP 外还有其他的类型(如R OS2 ),这种 AUTOSAR 架构以外的 S2S 实现能否大致介绍下吗? 基于服务的通信用AUTOSAR的AP以外的方式实现(如ROS2或其他),这类的S2S的实现方式和基于AP的实现方案比较类似。同时直播中提到的转发过程存在逻辑转换的S2S转发大多都是基于此类方案。 10. 可以基于A RXML 文件替换转发关系表,实现测试吗? 我们知道ARXML中可以包含service和signal的相关信息,以及E2E相关信息,若ARXML中定义了且完整体现了S2S转发关系信息,则也可以通过解析ARXML(替换转发关系表)的方式来实现S2S的测试。当前我们所遇到的情况,S2S转发关系表大都只是单独的文件来体现,而service、signal和E2E信息在ARXML中体现。 11. 直播 中提到的S 2S 有两种部署方案,一个是在C P ,一个是在A P ,这两种应该怎么选 ? 直播中提到的两种部署方案是基于AUTOSAR提供的两种方案,实际上S2S的实现方案还有这两种方案以外的方案。具体需要根据整车E/E架构和控制器的软件架构去综合评估选用哪种方案,这两种方案并没有优劣之分,适用的情况和场景不同,但基于AP的方案灵活性要高一些。下图体现的是CP上部署S2S时的架构。 12. 服务测试和信号测试是否采用同一种测试方案? S2S中信号转服务的测试和服务转信号的测试是有所不同的。首先从仿真来说前者仿真信号,后者仿真服务;其次我们对信号的监控和采集与对服务的监控和采集方法也是不同的,信号发送类型大致有周期型、事件型、事件周期型,服务接口类型有 Event、Method、 F ield, 针对不同的信号发送类型和服务接口类型,测试逻辑也会存在差异,不过总体框架都是在源端仿真,在目标端监控。 13. SOME/IP有类似CAN的那种DBC吗? 目前SOME/IP主要的数据库格式是XML或者ARXML的,我们可以通过CANoe导入XML或ARXML文件来进行SOME/IP的service的仿真。 14. 若服务端采用DDS方案,当前北汇信息的仿真方案是什么样的? 从22年第四季度新发布的CANoe16.0 SP3开始,CANoe支持相对通用的DDS的仿真,在这之前,我们使用开源或者 DDS 厂商提供的库,如 pydds,RTI Connector 等,来快速搭建 DDS应用程序,并在 CANoe 中编写接口来控制仿真节点,详情可以参考我们往期直播中DDS相关的内容。目前来看,由于对DDS标准理解及实现存在差异,所以DDS仿真往往需要分析所选择DDS协议栈的特点,进行一定的定制或适配的工作。
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    2022-9-27 10:01
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    IGBT安全工作区(SOA)知多少 失效器件送到原厂做FA分析,看到的字眼通常包含over voltage,over current,short circuit,EOS等,但是,其失效的深层原因与整机的应用环境和系统设计是密切相关的。 作为电力电子研发工程师,最不想见到的画面之一一定有下面这样的图片,完了,BBQ了…… 图1. IGBT 单管和模块的典型失效图片 失效器件送到原厂做FA分析,看到的字眼通常包含over voltage,over current,short circuit, EOS 等,但是,其失效的深层原因与整机的应用环境和系统设计是密切相关的。 整机产品里面包含的元器件数量少则几十,多则上万甚至更多,应用环境千奇百怪,元器件的失效就不可避免,作为工程师,能做的就是根据整机性能要求充分评估、测试元器件的各项关键参数,出现失效后,复盘设计,复现失效,找出根因,避免再次掉坑。 今天,本文就和大家唠一唠IGBT的安全工作区,英文全称safe operating area,简称SOA。顾名思义,也就是说只要使用的条件(电压、电流、结温等)不超出SOA圈定的边界,IGBT必然能够按照工程师的设计意图,任劳任怨的持续运行,反之,则是如上的死给你看…… 常见的IGBT安全工作区有:FBSOA(Forward Bias SOA–正向偏置安全工作区),RBSOA (Reverse Bias SOA–反向偏置安全工作区), SCS OA(Short Circuit SOA–短路安全工作区)。各项SOA的特点下文将一一道来。 1 FBSOA – 正向偏置安全工作区 图2.IKW40N60H3 FBSOA曲线和瞬态热阻曲线 IGBT的FBSOA是指IGBT的门极电压VGE处于正向偏置(V GE V GEth )时,沟道处于导通状态时的安全工作区。FBSOA是IGBT各种工作状态的集合,必须集合IGBT的其它特性去理解这个安全工作区的含义。图2是IKW40N60H3的 FBSOA曲线,应该如何解读呢? 图三简化了FBSOA曲线,本质上讲,FBSOA曲线划定了四条电压-电流关系的边界线,分别由AB段,BC段,CD段,DE段构成。 图3 FBSOA简化曲线 图4 IKW40N60H3输出特性曲线 AB段规定了处于饱和导通状态下IGBT的最大工作电流,这个电流与IGBT的门极驱动电压幅值密切相关,从图4可以看出,IGBT的门极驱动电压幅值越高,饱和导通状态下的最大工作电流越大。 BC段规定了IGBT的最大可重复电流I Cpuls ,可对应的从 英飞凌 的40A 600V IGBT,IKW40N60H3的Datasheet中找到I Cpuls =160A,这个电流是4倍的标称电流; CD段是最复杂的,需要结合IGBT的瞬态热阻来看。大家知道,IGBT有两个工作区,线性区和饱和区,跨越过AB段之后,其实IGBT就处于线性区了,也就是退出饱和导通区了,IGBT的损耗急剧上升,所以,这条边界体现了IGBT能承受的最大耗散功率P tot ,查阅其Datasheet,25℃壳温时P tot =306W。同时可以看出,集射极CE两端电压越高,IGBT所能承受的电流脉冲幅值越低,另外,电流脉冲宽度越大,IGBT所能承受的电流幅值也越低。 从图2可以看出,蓝色CD段各种脉冲宽度下的SOA,均是单脉冲安全工作区,非连续工作情况下的工作区,所以,必须参考图2右侧的IGBT瞬态热阻曲线,由公式(1)计算出在指定V CE 条件下允许的电流I C 的幅值和脉宽。 DE段最容易理解,它规定了IGBT的集射极CE击穿电压,需要注意的是,IGBT的CE击穿电压是和结温正相关的,结温越低,CE击穿电压也越低。 2 RBSOA – 反向偏置安全工作区 RBSOA是指IGBT的关断过程中CE在承受反向偏置电压时能够安全工作的区域,它规定了IGBT关断时的动态轨迹(I-V曲线)允许划过的范围。RBSOA由最大集电极电流、最大集射极电压、最大允许电压上升率dv CE ⁄dt决定。 买电子元器件现货上唯样商城 图5是50A 1200V IGBT模块 FP50R12N2T7的RBSOA曲线,可以看出,RBSOA曲线划定了两条电压-电流关系的边界线,水平方向的折线是集电极电流I C ,定义了IGBT模块的可重复集电极电流I CRM ,垂直方向的折线是集射极CE击穿电压V BRCES 。 图5.FP50R12N2T7的RBSOA曲线 看得仔细的同学估计会问,为什么集射极CE击穿电压V BRCES 还分芯片和模块的呢?因为,多个IGBT 晶圆 构成IGBT模块之后,模块内部也会产生杂散电感,当IGBT快速关断时,芯片与端子之间的杂散电感上的感应电压需要扣除,所以,模块的RBSOA曲线会削掉一个角。 图6.模块内部杂散电感示意图 3 SCSOA – 短路安全工作区 IGBT的SCSOA与前面介绍的FBSOA,RBSOA有一点不同,通常没有提供曲线,但是,会在其Datasheet中提供类似图7的短路电流I SC 数据,可以看到,在给定的门极驱动电压V GE 、BUS电压V CC ,150℃结温下T vj ,IGBT模块FP50R12N2T7可以承受短路电流190A,只要能够在8us内关断IGBT,都可以保证IGBT不会损坏。 SCSOA也可以在实验室内通过双脉冲测试进行验证,原理如图8所示。 图7.FP50R12N2T7的SCSOA数据 图8.双脉冲测试示意图 短路属于极端工况,借助双脉冲测试,客户可以根据Datasheet提供的数据以及双脉冲测试的结果,评估和优化驱动电路、保护电路的设计,以及功率回路杂散电感的影响。短路期间,IGBT快速进入线性工作区,温升急剧上升,必须在8us内快速关断IGBT,否则,IGBT就可能失效。 英飞凌给出了IGBT的短路耐受时间与门极驱动电压V GE 、BUS电压V CC ,结温T vj 之间的归一化关系曲线,如图9所示,横轴代表了V GE ,V CC ,T vj ,纵轴代表了可以承受的短路电流时间,可以看出,门极驱动电压/BUS电压/结温越高,IGBT所能承受的短路时间越短,反之,IGBT所能承受的短路时间越长。这里简要的解释一下,为什么门极驱动电压越高,短路耐受时间越短,同样以FP50R12N2T7为例,图10是此模块的输出特性曲线,可以看出,门极电压幅值越高,其短路时的电流越大,也就是IGBT内部的开关损耗越大,结温增加越剧烈,所以,IGBT所能承受的短路时间必然缩短。同理,更高的BUS电压也意味着更大的开关损耗,短路耐受时间也相应缩短。 同时可以看出,相比于门极驱动电压V GE 以及BUS电压V CC ,结温T vj 对于IGBT短路耐受时间的影响比较温和,以图7的FP50R12N2T7为例,结合图9的归一化曲线,结温T vj 从150℃增加为175℃,短路耐受时间仅从8us降为7us,结温增加了16.7%,短路耐受时间仅下降了12.5%,作为对比,增加同等比例的门极驱动电压V GE 以及BUS电压V CC ,短路耐受时间则下降了约30%。 图9.IGBT7短路波形以及短路时间降额比例与V GE ,V CC ,T vj 的关系 图10.FP50R12N2T7输出特性曲线 4 结 论 本文简要介绍了IGBT的三种安全工作区,FBSOA,RBSOA,SCSOA,希望能够帮助广大的工程师朋友们快速的看懂并理解IGBT的规格书和各项关键参数,设计出合适的驱动和保护电路,少吃炸鸡。
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