電動(dòng)汽車(chē)逆變器用IGBT驅動(dòng)電源設計

1 驅動(dòng)電源電路設計

1.1 電源拓撲設計

該電源的輸入是新能源乘用車(chē)常規的12V電源，該電源通常波動(dòng)范圍是8~16V，而驅動(dòng)電源的輸出需要相對穩定。需要設計多組寬壓輸入、定壓輸出的隔離電源。本設計把電源分成兩級：前級電源實(shí)現寬壓輸入、定壓輸出功能，后級實(shí)現隔離功能，結構見(jiàn)圖1.

圖1：電源拓撲示意圖

該結構的好處是：

一、前級電源無(wú)需解決隔離問(wèn)題，可以采用常規的SEPIC或buck-boost非隔離拓撲，而且前級電源的輸出是無(wú)需隔離的低壓定壓，在布局布線(xiàn)中無(wú)需考慮各組電源間的爬電距離和電氣間隙問(wèn)題。因此該部分前級可以作為低壓弱電電路獨立實(shí)現，無(wú)需占用驅動(dòng)板面積。

二、后級電源無(wú)需解決反饋問(wèn)題，采用開(kāi)環(huán)控制，避免了隔離信號反饋的麻煩。因為乘用車(chē)設備的工況惡劣，工作溫度變化范圍非常大，傳統的線(xiàn)性光耦等器件受溫漂影響精度大幅降低，溫漂補償器件又成本很高，這種方式有效避免這一弊端。

1.2 后級半橋開(kāi)關(guān)電源設計

前級電源屬于典型定壓設計，無(wú)需給出設計原理，本文重點(diǎn)介紹后級半橋電路。具體原理圖見(jiàn)圖2和圖3。圖2為采用汽車(chē)級定時(shí)器電路設計的50%占空比信號發(fā)生器，用于給半橋開(kāi)關(guān)電源提供控制信號，其中R49可以用來(lái)調整開(kāi)關(guān)頻率，一般可以設定在70kHz到300kHz之間，頻率選擇主要根據電路板實(shí)際空間尺寸和變壓器的伏秒積進(jìn)行折衷選取。

從變壓器計算伏秒積的公式為：

ET=V*D/f_sw (4)

V為加在變壓器上的電壓，D是占空比，f_sw是開(kāi)關(guān)頻率。本設計選擇了一顆ET值達44Vusec的變壓器，因此開(kāi)關(guān)頻率設置較低，為120kHz。

圖2: 50%占空比信號發(fā)生電路

圖3為半橋開(kāi)關(guān)電源電路。此電路采用一顆IR的汽車(chē)級半橋芯片IRS2004S作為驅動(dòng)，并聯(lián)兩個(gè)由Infineon BSR302N組成的并聯(lián)半橋電路。采用匝比為1:1.25的通用變壓器，經(jīng)過(guò)倍壓整流得到+15V電壓，經(jīng)過(guò)普通整流得到-8V電壓。每個(gè)變壓器用于給一個(gè)IGBT驅動(dòng)供電。在變壓器原邊串聯(lián)入汽車(chē)級EMC磁珠，可以有效抑制開(kāi)關(guān)產(chǎn)生的電壓尖峰，器件具體信息見(jiàn)附錄表1。IGBT門(mén)極是一種容性負載，每次開(kāi)關(guān)都伴隨著(zhù)較高瞬態(tài)電流，即前文計算的峰值驅動(dòng)電流，因此需要一種紋波電流能力強的長(cháng)壽命電容，每路電源采用4.7uF X7R汽車(chē)級多層陶瓷電容，實(shí)現瞬態(tài)電壓支撐。X7R多層陶瓷電容具有封裝小，ESR低，允許紋波電流大，溫度降低容量衰減少等優(yōu)點(diǎn)。

圖3：半橋開(kāi)關(guān)電源電路原理圖