电动汽车驱动电机控制用IGBT驱动技术

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[摘 要]为了提高电动汽车驱动电机控制系统的可靠性和安全性能，提出一种基于自带隔离电源混合集成型QP12W05S-37（A）的全桥功率驱动电路中igbt驱动技术。在分析汽车工业对大气和气候影响的基础上，介绍电动汽车整体结构和各个部分的功能，设计全桥功率驱动电路IGBT驱动电路，并对电路的参数进行详细设计，该电路具有检测IGBT的集电极欠饱和压降的方法来实现过流及短路保护功能。

[摘 要]电动汽车 驱动电机 驱动器 IGBT QP12W05S-37（A）

中图分类号：N702 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）20-0047-01

引言

我国将成为世界最大的汽车消费国，2014年汽车销量达到2349.19万辆，同比增长6.86%。汽车工业在满足人们每天生活流动性的需求上做出了巨大贡献，促进了人类社会从原生态向高速发展工业社会进程。然而，随着全球大量汽车投入应用，引发了引种的大气污染和全球变暖，据统计空气污染将有64%来自于汽车尾气的排放，人类社会在享受汽车的便利出行的同时也付出了巨大代价。在2020年左右，我国石油消费量将超过4.5亿吨，而我国能源系统效率平均低于国际先进水平10%，但是我国60%石油消费量依赖于进口，要是仍然采用传统的内燃机技术发展汽车工业，将会使我国为此付出巨大代价和对环境保护也会造成巨大的压力。在这种严峻的形势下，发展电动汽车是我国汽车工业的发展必然趋势。

1 电动汽车驱动电机控制系统

电动汽车是通过驱动电机将电能转换成机械能的装置，主要由电力驱动子系统、能源子系统、辅助子系统、电源及控制面板组成，其结构简图如图1所示。控制面板作为信号的输入端。能源子系统为电机正常运行提供能源。辅助子系统主要给电动汽车提供动力转向以及车内温度的控制等作用。电力驱动子系统是整个系统运行的智能核心，它由主控制器、全桥功率驱动电路、驱动电机、机械传动装置和车轮组成，主控制器的作用是接收控制面板的输入信号，以及电机反馈的速度信号和电流信号，发出相应的控制指令来控制全桥功率驱动电路中IGBT的通断，以获得电动汽车良好的动、静态运行特性和能量利用率。能源子系统由电池组、充电器和能量管理系统构成，能源管理系统是实现能源利用监控、能量再生、协调控制等功能的关键部件。辅助控制子系统主要是为电动汽车提供控制电源，具有辅助电源的控制、动力转向、充电控制、空气调节等功能。

2 IGBT驱动技术

IGBT是全桥功率驱动电路中的主要元器件，其驱动过程的稳定性直接关系电动汽车的安全。QP12W05S-37（A）是一种自带隔离电源的混合集成IGBT驱动器，具有体积小、隔离电压高、信号延迟小和驱动功率大等特点。主要由三个功能块组成，第一功能块是隔离DC/DC变换器，输出正负双电源为驱动电路提供电源，其又可分为电源输入，电源隔离和电源输出三部分；第二功能模块是控制信号的隔离驱动放大，输入驱动控制信号经具有高隔离电压的光耦隔离后传输到驱动放大级，其电气隔离电压可达3750VAC，控制信号经放大级后输出驱动IGBT。第三功能块是保护电路，通过检测IGBT欠饱和导通压降实现过流与短路保护，并输出故障信号。同时具有软关断和延时自恢复功能。

QP12W05S-37（A）较一般的IGBT驱动器，信号接收端具有很强的抵抗共模干扰信号的能力；采用包封工艺、SIP封装，具有极小的体积（仅为：52×25×15mm3 Max.）。另外，QP12W05S-37（A）还具有输入信号兼容CMOS&TTL电平；初/次级之间电气隔离达3750VRMS/分钟；开关频率高达20kHz；内建短路保护和故障输出功能、过流故障时输出软关断及软关断时间可调功能、过流故障保护后定时复位功能、短路检测抑制时间（盲区）可调功能等优点。

QP12W05S-37（A）驱动器自带隔离性DC/DC变换器作为驱动电源，采用推挽式变换电路进行电能变换，开关频率约为500kHz，输出双路电源电压作为驱动器输出部分的供电电源。一路输出电压为16V；另一路电压为-8.9V。每路最大输出电流为30mA。由于IGBT开通与关断时的驱动器能提供足够大的驱动电流，在隔离电源输出端需加一个内阻较小的电容来保证驱动输出足够大的电流要求。为了方便连接以及减小EMI，电源初级侧的地与信号输入负端在驱动器内并未短接，在应用时可将其两个端子在驱动器外部进行连接。内置了隔离驱动电源的驱动器应用于桥式逆变电路中时，只需单路电源给多只IGBT驱动器供电即可，并且该驱动电源可以与控制电路电源共用，极大方便驱动电路设计。全桥功率驱动电路IGBT驱动电路如图2所示，该电路参数如下：VD=15V，Vi=5V （方波信号），Rg=5，DZ1=30V，DZ2、DZ3=30V，D1为快恢复二极管。

3 结论

电动汽车中没有内燃机，工作时产生的废气，不产生排气污染，对环境保护和空气的洁净是十分有益的，同时具有结构简单、噪音低、能源利用率高等优点，受到越来越多的人青睐。本文结合QP12W05S-37（A）设计电动汽车驱动电机全桥功率驱动电路中IGBT驱动电路，该电路具有完善的过流与短路保护功能，驱动功率大、集成度高、可靠性高，特别是内置有DC/DC隔离变换器，无需外接隔离电源，极大地简化了驱动电路的设计，在通用变频器、交流伺服驱动系统中得到广泛的应用。

参考文献：

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