包九江

[摘 要]為了提高電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制系統(tǒng)的可靠性和安全性能，提出一種基于自帶隔離電源混合集成型QP12W05S-37（A）的全橋功率驅(qū)動(dòng)電路中IGBT驅(qū)動(dòng)技術(shù)。在分析汽車工業(yè)對大氣和氣候影響的基礎(chǔ)上，介紹電動(dòng)汽車整體結(jié)構(gòu)和各個(gè)部分的功能，設(shè)計(jì)全橋功率驅(qū)動(dòng)電路IGBT驅(qū)動(dòng)電路，并對電路的參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，該電路具有檢測IGBT的集電極欠飽和壓降的方法來實(shí)現(xiàn)過流及短路保護(hù)功能。

[摘 要]電動(dòng)汽車 驅(qū)動(dòng)電機(jī) 驅(qū)動(dòng)器 IGBT QP12W05S-37（A）

中圖分類號(hào)：N702 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）20-0047-01

引言

我國將成為世界最大的汽車消費(fèi)國，2014年汽車銷量達(dá)到2349.19萬輛，同比增長6.86%。汽車工業(yè)在滿足人們每天生活流動(dòng)性的需求上做出了巨大貢獻(xiàn)，促進(jìn)了人類社會(huì)從原生態(tài)向高速發(fā)展工業(yè)社會(huì)進(jìn)程。然而，隨著全球大量汽車投入應(yīng)用，引發(fā)了引種的大氣污染和全球變暖，據(jù)統(tǒng)計(jì)空氣污染將有64%來自于汽車尾氣的排放，人類社會(huì)在享受汽車的便利出行的同時(shí)也付出了巨大代價(jià)。在2020年左右，我國石油消費(fèi)量將超過4.5億噸，而我國能源系統(tǒng)效率平均低于國際先進(jìn)水平10%，但是我國60%石油消費(fèi)量依賴于進(jìn)口，要是仍然采用傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)技術(shù)發(fā)展汽車工業(yè)，將會(huì)使我國為此付出巨大代價(jià)和對環(huán)境保護(hù)也會(huì)造成巨大的壓力。在這種嚴(yán)峻的形勢下，發(fā)展電動(dòng)汽車是我國汽車工業(yè)的發(fā)展必然趨勢。

1 電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制系統(tǒng)

電動(dòng)汽車是通過驅(qū)動(dòng)電機(jī)將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的裝置，主要由電力驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)、能源子系統(tǒng)、輔助子系統(tǒng)、電源及控制面板組成，其結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示?？刂泼姘遄鳛樾盘?hào)的輸入端。能源子系統(tǒng)為電機(jī)正常運(yùn)行提供能源。輔助子系統(tǒng)主要給電動(dòng)汽車提供動(dòng)力轉(zhuǎn)向以及車內(nèi)溫度的控制等作用。電力驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的智能核心，它由主控制器、全橋功率驅(qū)動(dòng)電路、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、機(jī)械傳動(dòng)裝置和車輪組成，主控制器的作用是接收控制面板的輸入信號(hào)，以及電機(jī)反饋的速度信號(hào)和電流信號(hào)，發(fā)出相應(yīng)的控制指令來控制全橋功率驅(qū)動(dòng)電路中IGBT的通斷，以獲得電動(dòng)汽車良好的動(dòng)、靜態(tài)運(yùn)行特性和能量利用率。能源子系統(tǒng)由電池組、充電器和能量管理系統(tǒng)構(gòu)成，能源管理系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)能源利用監(jiān)控、能量再生、協(xié)調(diào)控制等功能的關(guān)鍵部件。輔助控制子系統(tǒng)主要是為電動(dòng)汽車提供控制電源，具有輔助電源的控制、動(dòng)力轉(zhuǎn)向、充電控制、空氣調(diào)節(jié)等功能。

2 IGBT驅(qū)動(dòng)技術(shù)

IGBT是全橋功率驅(qū)動(dòng)電路中的主要元器件，其驅(qū)動(dòng)過程的穩(wěn)定性直接關(guān)系電動(dòng)汽車的安全。QP12W05S-37（A）是一種自帶隔離電源的混合集成IGBT驅(qū)動(dòng)器，具有體積小、隔離電壓高、信號(hào)延遲小和驅(qū)動(dòng)功率大等特點(diǎn)。主要由三個(gè)功能塊組成，第一功能塊是隔離DC/DC變換器，輸出正負(fù)雙電源為驅(qū)動(dòng)電路提供電源，其又可分為電源輸入，電源隔離和電源輸出三部分；第二功能模塊是控制信號(hào)的隔離驅(qū)動(dòng)放大，輸入驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)經(jīng)具有高隔離電壓的光耦隔離后傳輸?shù)津?qū)動(dòng)放大級(jí)，其電氣隔離電壓可達(dá)3750VAC，控制信號(hào)經(jīng)放大級(jí)后輸出驅(qū)動(dòng)IGBT。第三功能塊是保護(hù)電路，通過檢測IGBT欠飽和導(dǎo)通壓降實(shí)現(xiàn)過流與短路保護(hù)，并輸出故障信號(hào)。同時(shí)具有軟關(guān)斷和延時(shí)自恢復(fù)功能。

QP12W05S-37（A）較一般的IGBT驅(qū)動(dòng)器，信號(hào)接收端具有很強(qiáng)的抵抗共模干擾信號(hào)的能力；采用包封工藝、SIP封裝，具有極小的體積（僅為：52×25×15mm3 Max.）。另外，QP12W05S-37（A）還具有輸入信號(hào)兼容CMOS&TTL電平；初/次級(jí)之間電氣隔離達(dá)3750VRMS/分鐘；開關(guān)頻率高達(dá)20kHz；內(nèi)建短路保護(hù)和故障輸出功能、過流故障時(shí)輸出軟關(guān)斷及軟關(guān)斷時(shí)間可調(diào)功能、過流故障保護(hù)后定時(shí)復(fù)位功能、短路檢測抑制時(shí)間（盲區(qū)）可調(diào)功能等優(yōu)點(diǎn)。

QP12W05S-37（A）驅(qū)動(dòng)器自帶隔離性DC/DC變換器作為驅(qū)動(dòng)電源，采用推挽式變換電路進(jìn)行電能變換，開關(guān)頻率約為500kHz，輸出雙路電源電壓作為驅(qū)動(dòng)器輸出部分的供電電源。一路輸出電壓為16V；另一路電壓為-8.9V。每路最大輸出電流為30mA。由于IGBT開通與關(guān)斷時(shí)的驅(qū)動(dòng)器能提供足夠大的驅(qū)動(dòng)電流，在隔離電源輸出端需加一個(gè)內(nèi)阻較小的電容來保證驅(qū)動(dòng)輸出足夠大的電流要求。為了方便連接以及減小EMI，電源初級(jí)側(cè)的地與信號(hào)輸入負(fù)端在驅(qū)動(dòng)器內(nèi)并未短接，在應(yīng)用時(shí)可將其兩個(gè)端子在驅(qū)動(dòng)器外部進(jìn)行連接。內(nèi)置了隔離驅(qū)動(dòng)電源的驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用于橋式逆變電路中時(shí)，只需單路電源給多只IGBT驅(qū)動(dòng)器供電即可，并且該驅(qū)動(dòng)電源可以與控制電路電源共用，極大方便驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)。全橋功率驅(qū)動(dòng)電路IGBT驅(qū)動(dòng)電路如圖2所示，該電路參數(shù)如下：VD=15V，Vi=5V （方波信號(hào)），Rg=5，DZ1=30V，DZ2、DZ3=30V，D1為快恢復(fù)二極管。

3 結(jié)論

電動(dòng)汽車中沒有內(nèi)燃機(jī)，工作時(shí)產(chǎn)生的廢氣，不產(chǎn)生排氣污染，對環(huán)境保護(hù)和空氣的潔凈是十分有益的，同時(shí)具有結(jié)構(gòu)簡單、噪音低、能源利用率高等優(yōu)點(diǎn)，受到越來越多的人青睞。本文結(jié)合QP12W05S-37（A）設(shè)計(jì)電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)全橋功率驅(qū)動(dòng)電路中IGBT驅(qū)動(dòng)電路，該電路具有完善的過流與短路保護(hù)功能，驅(qū)動(dòng)功率大、集成度高、可靠性高，特別是內(nèi)置有DC/DC隔離變換器，無需外接隔離電源，極大地簡化了驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)，在通用變頻器、交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。

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