超详细详解IGBT在电动汽车的作用原理，简要说明IGBT电磁

电动汽车逆变器用IGBT驱动电源设计研究：

电动汽车逆变器用于控制汽车主电机为汽车运行提供动力，IGBT功率模块是电动汽车逆变器的核心功率器件，其驱动电路是发挥IGBT性能的关键电路。驱动电路的设计与工业通用变频器、风能太阳能逆变器的驱动电路有更为苛刻的技术要求，其中的电源电路受到空间尺寸小、工作温度高等限制，面临诸多挑战。本文设计一种驱动供电电源，并通过实际测试证明其可用性。

常见的驱动电源采用反激电路和单原边多副边的变压器进行设计。由于反激电源在开关关断期间才向负载提供能量输出的固有特性，使得其电流输出特性和瞬态控制特性相对来说都比较差。在100kW量级的IGBT模块空间布局中，单个变压器集中生产4到6个互相隔离的正负电源的设计存在诸多不弊端：电源过于集中，爬电距离和电气间隙难以保证，板上电源供电距离过长等等。本设计采用常见的非专用芯片进行电路设计，前级SEPIC电路实现闭环电磁炉电源板电路图讲解，后级半桥电路实现隔离有效解决了上述问题。该电路成功应用于国际领先的新能源汽车逆变器设计中。应用表明，该设计具有较好的灵活性、高可靠性和瞬态响应能力。

1 电动汽车逆变器驱动电源的要求分析

电动汽车逆变器驱动电源一般为6个互相隔离的+15V/-5V电源。该电源的功率、电气隔离能力、峰值电流能力、工作温度等等都有严格的要求。以英飞凌的汽车级IGBT模块FS800R07A2E3_B31为目标进行电源指标的具体计算，该模块支持高达150kW的逆变器系统设计。

1.1 驱动功率计算

该驱动电源的输入功率计算公式为：

P=f_sw×Q_g×△V_g/η（1）

其中f_sw开关频率取10kHz，Q_g根据数据手册取8.6nC，△V_g为门极驱动电压取23V。考虑到功率较小，效率取85%。此外注意到数据手册中的8.6nC是按照电压+/-15V计算，需考虑折算，最后计算结果为1.8W。考虑设计裕量1.1倍，记为2W。

1.2 驱动电流计算

平均驱动电流计算公式为：

I_av=f_sw×Q_g（2）

可以计算得到平均电流为86mA。

峰值电流计算公式为：

I_peak=△V_g/（R_gext+R_gint）（3）

具体过程是通过检测开关电流与正弦基准电流相比较，当达到该基准电流时关断开关，在电感电流为零时再次开通。由于s3工作在高频开关状态电磁炉电源板电路图讲解，因而采用了由两个igbt反并联组成的，而且带有零电流开通，零电压关断缓冲电路的交流开关，以减少开关损耗，提高斩波效率。开关器件q2、q3各导通180，在零电流条件下开通和关断(zcs)，q1、q4在零电流下开通，但在大电流下关断，可以通过在q1、q4上并联电容实现零电压开关(zvs)。

2 驱动电源电路设计2.1 电源拓扑设计

该电源的输入是新能源乘用车常规的12V电源，该电源通常波动范围是8~16V，而驱动电源的输出需要相对稳定。需要设计多组宽压输入、定压输出的隔离电源。本设计把电源分成两级：前级电源实现宽压输入、定压输出功能，后级实现隔离功能，结构见图1.

图1：电源拓扑

该结构的好处是：

一、前级电源无需解决隔离问题，可以采用常规的SEPIC或buck-boost非隔离拓扑，而且前级电源的输出是无需隔离的低压定压，在布局布线中无需考虑各组电源间的爬电距离和电气间隙问题。因此该部分前级可以作为低压弱电电路独立实现，无需占用驱动板面积。

集成电路内部有场振荡、场推动、场锯齿波形成电路，得出的场脉冲一般经场功放电路（tda3654）功率放大后去场偏转，同时场反馈及幅度调整等反馈到前级电路补偿场线性及场幅调整。光纤啁啾光栅是能对色散进行有效补偿的器件之一，其原理是:当光脉冲通过线性啁啾光栅后，短波长的光的时延比长波长的光的时延大，正好起到了色散均衡作用，从而实现了色散补偿。②大电压变化比使变压器的非线性严重化，漏感和分布电容都增加，使其必须与逆变开关隔离，否则尖峰脉冲会影响到逆变电路的正常工作，甚至会击穿功率器件。

2.2 后级半桥开关电源设计

从图3可以看出，当物体的位置变化时，被测电容量变化，振荡电路的振荡频率会跟着变化，f/v转换电路的输出电压也变化，这些变化通过信号处理电路和开关量调理电路后，输出开关信号，该开关信号进入控制处理器去控制电路。对于lc串联谐振电路而言，电路失谐时电路的阻抗很大，此时对于频率低于谐振频率的信号主要是因为电容cl的容抗大了，对于频率高于谐振频率的信号主要是因为电感ll的感抗大了。电子变压器回收按用途分类：电源变压器回收：用于提供电子设备所需电源的变压器、音频变压器回收：用于音频放大电路和音响设备的变压器脉冲变压器回收：工作在脉冲电路中的的变压器，其波形一般为单极性矩形脉冲波screen.width-460)this.width=screen.width-460' onmousewheel='return bbimg(this)'>。

从变压器计算伏秒积的公式为：

ET=V*D/f_sw（4）

V为加在变压器上的电压，D是占空比，f_sw是开关频率。本设计选择了一颗ET值达44Vusec的变压器，因此开关频率设置较低，为120kHz。

图2：50%占空比信号发生电路

图3为半桥开关电源电路。此电路采用一颗IR的汽车级半桥芯片IRS2004S作为驱动，并联两个由Infineon BSR302N组成的并联半桥电路。采用匝比为1：1.25的通用变压器，经过倍压整流得到+15V电压，经过普通整流得到-8V电压。每个变压器用于给一个IGBT驱动供电。在变压器原边串联入汽车级EMC磁珠，可以有效抑制开关产生的电压尖峰，器件具体信息见附录表1。IGBT门极是一种容性负载，每次开关都伴随着较高瞬态电流，即前文计算的峰值驱动电流，因此需要一种纹波电流能力强的长寿命电容，每路电源采用4.7uF X7R汽车级多层陶瓷电容，实现瞬态电压支撑。X7R多层陶瓷电容具有封装小，ESR低，允许纹波电流大，温度降低容量衰减少等优点。

图3：半桥开关电源电路原理图

3 测试结果

实际测试条件为，后级输入定电压16.5V，输入电流0.67A，IGBT开关频率10kHz，信号为SVPWM，开关电源工作频率120kHz，室温条件。经简单计算可知，每路功耗1.84W，与理论计算相符合。

●专家解答：如果你的驱动电路采用电容或变压器输出，会出现这种情况，因为电容或变压器传输波形（信号时），信号中不能含有直流分量，如果含有直流分量，输出波形将出现严重失真，只有驱动电路的输出波形，其占空比为0.5时，输出波形才不会产生失真，而占空比过大或过小，都会出现失真。 3、数据采集卡实验 产生某一信号自选 通过数据采集卡输出 用示波器观察输出的波形是否与产生的波形一致 将输出的信号采集回来或者采集信号发生器的信号 并显示。前面板上的波形显示控件用于显示信号发生器所产生的信号波形，显示仪表用于显示所生成信号幅值的大小，该数值为所产生信号幅值的均方根值，即有效值。

在IGBT开通时刻，由于电源电容电荷迅速通过门极电阻转移到门极，时间一般只有1~3us，产生+15V电源上的电压跌落，但是很快就可以恢复到平台电压。同理，在IGBT关断时刻，也会使-8V电源产生电压跌落。这种跌落是不会引起IGBT开通或关断的不良反应，因此是可以接受的。对比图4和图5也能够发现，占空比大小不会影响电压跌落的幅值和持续的时间，这是因为IGBT的门极是容性负载。

图4和图5中还能看到，在IGBT关断时刻使开通电压波形产生了一个的尖峰，由于此时开通电压电源处于瞬时空载状态，不会对驱动控制产生影响。整体上看，原边的低压弱电信号和副边的低压强电信号都没有受到开关电源自身开关频率上的干扰。

图4：高占空比波形图

图5：低占空比波形图

4 结论

设计验证表明，前级SEPIC非隔离稳压，后级半桥隔离开环的拓扑结构，优于传统的反激式单原边多副边的集中式电源，特别适合作为100kW量级的新能源乘用车逆变器的驱动电源，设计没有采用往往不符合汽车标准的电源类专用集成芯片，而是采用具有AEC认证的汽车级通用分立器件，满足了乘用车电子设计的苛刻要求。

修理电磁炉时免烧IGBT管的技巧：

1.试机前，检查功率管G极，如果G极开路悬空，通电即烧管。正常G极对地有几百欧至几千欧阻值。之后将保险管拆除，串接一只２００Ｗ的灯泡，通电检锅时灯泡不亮，放入锅具后，灯泡一闪既保护，说明正常，若灯泡随着检锅脉冲闪亮，说明还有问题。

2.去掉线圈，用灯泡接圈的位置，通电锅检电路工作时灯会一闪一闪的亮。电路没事。

灯泡亮是因为IGBT正常工作，又灭是因为由于灯泡的存在造成输入电路电压分压，MCU判断为输入欠压，所以关断。

若灯泡随着检锅脉冲闪亮，证明还有问题。一般情况检查LM339N，更换可以解决大部分问题。

本文来自电脑杂谈，转载请注明本文网址：
https://www.pc-fly.com/a/dianqi/article-105273-1.html