编辑：湖北矿用变压器厂家 日期：2018-03-17 人气：204
如何用一颗IGBT撬动电动汽车逆变器 实际测试前提为，后级输出定电压16.5V，输出电流0.67A，IGBT开关频次10kHz，旌旗灯号为SVPWM，开关电源事情频次120kHz，室温前提。经简略计较可知，每路功耗1.84W，与实际计较符合合。前级电源属于典范定压计划，无需给出计划原理，本文重点先容后级半桥电路。详细原理图见图2和图3。图2为采纳汽车级按时器电路计划的50%占空比旌旗灯号产生器，用于给半桥开关电源供给节制旌旗灯号，此中R49可以用来调解开关频次，一般可以设定在70kHz到300kHz之间，频次抉择重要按照电路板实际空间尺寸和湖北矿用变压器的伏秒积进行折中拔取。
电动汽车逆变器驱动电源通常是6个相互断绝的+15V/-5V电源。该电源的功率、电气断绝本领、峰值电流本领、事情温度等等都有严酷的请求。以英飞凌的汽车级IGBT模块FS800R07A2E3_B31为方针进行电源目标的详细计较，该模块支撑高达150kW的逆变器体系计划。
用于节制汽车主机电为汽车运转供给能源，IGBT功率模块是电动汽车逆变器的焦点功率器件，其驱动电路是阐扬IGBT机能的关头电路。驱动电路的计划与产业通用变频器、风能太阳能逆变器的驱动电路有更加刻薄的技能请求，此中的电源电路遭到空间尺寸小、事情温度高档限定，面对诸多挑衅。
本文计划一种驱动供电电源，并经由过程实际测试证实其可用性。常见的驱动电源采纳反激电路和单原边多副边的湖北矿用变压器进行计划。因为反激电源在开关关断时代才向负载供给能量输入的固有特征，使得其电流输入特征和瞬态节制特征相对来讲都比力差。在100kW量级的IGBT模块空间结构中，单个湖北矿用变压器会合出产4到6个相互断绝的正负电源的计划存在诸多不弊病：电源过于会合，爬电距离和电气间隙难以包管，板上电源供电距离太长等等。本计划采纳常见的非公用芯片进行电路计划，前级SEPIC电路完成闭环，后级半桥电路完成断绝有用办理了上述问题。该电路乐成利用于国内抢先的新动力汽车逆变器计划中。利用表白，该计划具备较好的灵活性、高靠得住性和瞬态相应本领。
1电动汽车逆变器驱动电源的请求阐发
1.1驱动功率计较
该驱动电源的输出功率计较公式为：
P=f_sw&TImes;Q_g&TImes;△V_g/η（1）
此中f_sw开关频次取10kHz，Q_g按照数据手册取8.6nC，△V_g为门极驱动电压取23V。斟酌到功率较小，服从取85%。别的细致到数据手册中的8.6nC是依照电压+/-15V计较，需斟酌折算，末了计较结果为1.8W。斟酌计划裕量1.1倍，记为2W。
1.2驱动电流计较
均匀驱动电流计较公式为：
I_av=f_sw&TImes;Q_g（2）
可以计较获得均匀电流为86mA。
峰值电流计较公式为：
I_peak=△V_g/（R_gext+R_gint）（3）
R_gext为内部门极电阻，按数据手册取开明1.8欧关断0.75欧。R_gint为外部门极电阻，按数据手册取0.5欧，获得开明峰值电流10A，关断峰值电流18.4A。实际使用中，开明电阻和关断电阻必要进行开关速率与短路庇护本领等机能的折中，精良的计划值在2.2~5.1欧范畴，是以实际开关峰值电流在4~10A范畴。
2驱动电源电路计划
2.1电源拓扑计划
该电源的输出是新动力乘用车通例的12V电源，该电源凡是颠簸范畴是8~16V，而驱动电源的输入必要相对不乱。必要计划多组宽压输出、定压输入的断绝电源。本计划把电源分成两级：前级电源完成宽压输出、定压输入功效，后级完成断绝功效，布局见图1.
该布局的益处是：
一、前级电源无需办理断绝问题，可以采纳通例的SEPIC或buck-boost非断绝拓扑，并且前级电源的输入是无需断绝的低压定压，在结构布线中无需斟酌各组电源间的爬电距离和电气间隙问题。是以该部门前级可以作为低压弱电电路自力完成，无需占用驱动板面积。
2、后级电源无需办理反馈问题，采纳开环节制，防止了断绝旌旗灯号反馈的贫苦。由于乘用车装备的工况卑劣，事情温度变革范畴很是大，传统的线性光耦等器件受温漂影响精度大幅低落，温漂抵偿器件又本钱很高，这类方法有用防止这一弊病。
2.2后级半桥开关电源计划
从湖北矿用变压器计较伏秒积的公式为：
ET=V*D/f_sw（4）
V为加在湖北矿用变压器上的电压，D是占空比，f_sw是开关频次。本计划抉择了一颗ET值达44Vusec的湖北矿用变压器，是以开关频次设置较低，为120kHz。
此电路采纳一颗IR的汽车级半桥芯片IRS2004S作为驱动，并联两个由InfineonBSR302N构成的并联半桥电路。采纳匝比为1:1.25的通用湖北矿用变压器，颠末倍压整流获得+15V电压，颠末普通整流获得-8V电压。每一个湖北矿用变压器用于给一个IGBT驱动供电。在湖北矿用变压器原边串连入汽车级EMC磁珠，可以有用按捺开关发生的电压尖峰，器件详细消息见附录表1。IGBT门极是一种容性负载，每次开关都陪伴着较高瞬态电流，即前文计较的峰值驱动电流，是以必要一种纹波电流本领强的长命命电容，每路电源采纳4.7uFX7R汽车级多层陶瓷电容，完成瞬态电压支持。X7R多层陶瓷电容具备封装小，ESR低，容许纹波电流大，温度低落容量衰削减等长处。
3测试结果
拔取高占空比和低占空比两个工况，察看相关旌旗灯号的波形，见图4和图5。此中橙色的1通道表现低压侧驱动输出旌旗灯号，粉色2通道表现-8V电源输入真个波形，蓝色3通道表现+15V电源输入端波形，绿色4通道表现门极输入波形。
在IGBT开明时刻，因为电源电容电荷敏捷经由过程门极电阻转移到门极，时间一般只要1~3us，发生+15V电源上的电压跌落，可是很快便可以规复到平台电压。同理，在IGBT关断时刻，也会使-8V电源发生电压跌落。这类跌落是不会引发IGBT开明或关断的不良反响，是以是可以担当的。比拟图4和图5也可以发明，占空比巨细不会影响电压跌落的幅值和延续的时间，这是由于IGBT的门极是容性负载。
图4和图5中还能看到，在IGBT关断时刻使开明电压波形发生了一个的尖峰，因为此时开明电压电源处于刹时空载状况，不会对驱动节制发生影响。团体上看，原边的低压弱电旌旗灯号和副边的低压强电旌旗灯号都没有遭到开关电源本身开关频次上的滋扰。
4论断
计划考证表白，前级SEPIC非断绝稳压，后级半桥断绝开环的拓扑布局，优于传统的反激式单原边多副边的会合式电源，特别得当作为100kW量级的新动力乘用车逆变器的驱动电源，计划没有采纳每每不合适汽车尺度的电源类公用集成芯片，而是采纳具备AEC认证的汽车级通用分立器件，满意了乘用车电子计划的刻薄请求。
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