电动轿车逆变器用于操控轿车主电机为轿车运转供给动力，IGBT功率模块是电动轿车逆变器的中心功率器材，其驱动电路是发挥IGBT功用的要害电路。驱动电路的规划与工业通用变频器、风能太阳能逆变器的驱动电路有更为严苛的技能要求，其间的电源电路遭到空间尺度小、作业温度高级约束，面对许多应战。本文规划一种驱动供电电源，并通过实践测验证明其可用性。
常见的驱动电源选用反激电路和单原边多副边的变压器进行规划。因为反激电源在开关关断期间才向负载供给能量输出的固有特性，使得其电流输出特性和瞬态操控特性相对来说都比较差。在100kW量级的IGBT模块空间布局中，单个变压器会集出产4到6个相互阻隔的正负电源的规划存在许多不坏处：电源过于会集，爬电间隔和电气空隙难以确保，板上电源供电间隔过长等等。本规划选用常见的非专用芯片进行电路规划，前级SEPIC电路完成闭环，后级半桥电路完成阻隔有用处理了上述问题。该电路成功使用于世界抢先的新能源轿车逆变器规划中。使用标明，该规划具有较好的灵活性、高可靠性和瞬态呼应才能。
1 电动轿车逆变器驱动电源的要求剖析
电动轿车逆变器驱动电源一般为6个相互阻隔的+15V/-5V电源。该电源的功率、电气阻隔才能、峰值电流才能、作业温度等等都有严厉的要求。以英飞凌的轿车级IGBT模块FS800R07A2E3_B31为方针进行电源目标的详细核算，该模块支撑高达150kW的逆变器体系规划。
1.1 驱动功率核算
该驱动电源的输入功率核算公式为：
P=f_sw×Q_g×△V_g /η (1)
其间f_sw开关频率取10kHz，Q_g依据数据手册取8.6nC，△V_g为门极驱动电压取23V。考虑到功率较小，功率取85%。此外注意到数据手册中的8.6nC是依照电压+/-15V核算，需考虑折算，最终核算成果为1.8W。考虑规划裕量1.1倍，记为2W。
1.2 驱动电流核算
均匀驱动电流核算公式为：
I_av=f_sw×Q_g (2)
可以核算得到均匀电流为86mA。
峰值电流核算公式为：
I_peak=△V_g /(R_gext+R_gint) (3)
R_gext为外部分极电阻，按数据手册取注册1.8欧关断0.75欧。R_gint为内部分极电阻，按数据手册取0.5欧，得到注册峰值电流10A，关断峰值电流18.4A。实践使用中，注册电阻和关断电阻需求进行开关速度与短路维护才能等功用的折衷，杰出的规划值在2.2~5.1欧规模，因而实践开关峰值电流在4~10A规模。
2 驱动电源电路规划
2.1 电源拓扑规划
该电源的输入是新能源乘用车惯例的12V电源，该电源一般动摇规模是8~16V，而驱动电源的输出需求相对安稳。需求规划多组宽压输入、定压输出的阻隔电源。本规划把电源分红两级：前级电源完成宽压输入、定压输出功用，后级完成阻隔功用，结构见图1.
图1：电源拓扑示意图
该结构的长处是：
一、前级电源无需处理阻隔问题，可以选用惯例的SEPIC或buck-boost非阻隔拓扑，并且前级电源的输出是无需阻隔的低压定压，在布局布线中无需考虑各组电源间的爬电间隔和电气空隙问题。因而该部分前级可以作为低压弱电电路独立完成，无需占用驱动板面积。
二、后级电源无需处理反应问题，选用开环操控，防止了阻隔信号反应的费事。因为乘用车设备的工况恶劣，作业温度改变规模非常大，传统的线性光耦等器材受温漂影响精度大幅下降，温漂补偿器材又本钱很高，这种方法有用防止这一坏处。
2.2 后级半桥开关电源规划
前级电源归于典型定压规划，无需给出规划原理，本文要点介绍后级半桥电路。详细原理图见图2和图3。图2为选用轿车级定时器电路规划的50%占空比信号发生器，用于给半桥开关电源供给操控信号，其间R49可以用来调整开关频率，一般可以设定在70kHz到300kHz之间，频率挑选首要依据电路板实践空间尺度和变压器的伏秒积进行折衷选取。
从变压器核算伏秒积的公式为：
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。本规划挑选了一颗ET值达44Vusec的变压器，因而开关频率设置较低，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。此电路选用一颗IR的轿车级半桥芯片IRS2004S作为驱动，并联两个由Infineon BSR302N组成的并联半桥电路。选用匝比为1:1.25的通用变压器，通过倍压整流得到+15V电压，通过一般整流得到-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轿车级EMC磁珠，可以有用按捺开关发生的电压尖峰，器材详细信息见附录表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，即前文核算的峰值驱动电流，因而需求一种纹波电流才能强的长寿命电容，每路电源选用4.7uF X7R轿车级多层陶瓷电容，完成瞬态电压支撑。X7R多层陶瓷电容具有封装小，ESR低，答应纹波电流大，温度下降容量衰削减等长处。
图3：半桥开关电源电路原理图
3 测验成果
实践测验条件为，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，开关电源作业频率120kHz，室温条件。经简略核算可知，每路功耗1.84W，与理论核算相符合。
选取高占空比和低占空比两个工况，调查相关信号的波形，见图4和图5。其间橙色的1通道显现低压侧驱动输入信号，粉色2通道显现-8V电源输出端的波形，蓝色3通道显现+15V电源输出端波形，绿色4通道显现门极输出波形。
在IGBT注册时间，因为电源电容电荷敏捷通过门极电阻转移到门极，时间一般只要1~3us，发生+15V电源上的电压下跌，可是很快就可以康复到渠道电压。同理，在IGBT关断时间，也会使-8V电源发生电压下跌。这种下跌是不会引起IGBT注册或关断的不良反应，因而是可以承受的。比照图4和图5也可以发现，占空比巨细不会影响电压下跌的幅值和继续的时间，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关断时间使注册电压波形发生了一个的尖峰，因为此刻注册电压电源处于瞬时空载状况，不会对驱动操控发生影响。全体上看，原边的低压弱电信号和副边的低压强电信号都没有遭到开关电源本身开关频率上的搅扰。
图4：高占空比波形图
图5：低占空比波形图
4 定论
规划验证标明，前级SEPIC非阻隔稳压，后级半桥阻隔开环的拓扑结构，优于传统的反激式单原边多副边的会集式电源，特别合适作为100kW量级的新能源乘用车逆变器的驱动电源，规划没有选用往往不符合轿车规范的电源类专用集成芯片，而是选用具有AEC认证的轿车级通用分立器材，满意了乘用车电子规划的严苛要求。
