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具有有源电压钳位功能的电动汽车IGBT驱动电路设计与研究

作者:不爱吃窝瓜时间:2015-06-29

引言

随着混合动力汽车及电动汽车的日益普及,其驱动系统正在向高电压、大功率方向发展,更大电流、更高电压的IGBT模块开始得到应用。在电机控制器系统设计中,驱动电路设计对系统的稳定性和可靠性发挥着至关重要的作用。

  抑制关断电压尖峰的必要性

为了让电动汽车和混合动力汽车具有更大的最高时速和加速度,需要采用更大功率的电机和更大功率的IGBT模块。在同样功率情况下,母线电压越高,系统的额定电流越小,系统的损耗也越低,同时还可以减小导线截面积,从而减轻车重。因此,在系统承受的范围内采用较高的母线电压成为电动汽车开发的方向。

此外,在刹车能量回收、发电机发电工作等工况下,系统往往工作于超过额定母线电压的工况下。尤其是为了尽量回收下坡时电动汽车的重力势能,系统往往工作在允许的最高电压状态。然而IGBT关断时产生的Vce电压尖峰叠加在上述较高的母线电压上(见图1),有超过IGBT耐压值导致IGBT过压失效的风险。这也是IGBT失效的最典型的原因之一。  

因此,为满足电动汽车及混合动力汽车较高母线电压下工作的需要,在IGBT关断使Vce接近耐压值时对电压尖峰的抑制是非常必要的。

  有源电压箝位方案的优势

IGBT关断电压尖峰是由系统寄生电感和关断电流变化率决定的,计算公式如下:

Vs=Ls * di/dt

Ls表示系统寄生电感,di/dt表示关断时流过IGBT的电流变化率,在系统设计方面通常采用叠层母排技术尽量减小寄生电感,增加并联在母线上的吸收电容等方式减小关断尖峰。在驱动电路方面抑制电压尖峰的方式也有如下几种:

a)增加关断电阻阻值。

增加关断电阻阻值会减小关断IGBT的电流变化率,从而达到降低关断电压尖峰的作用。但是这种方法的缺点是,同时增加了IGBT的关断损耗,也就降低了IGBT的承受电流能力。在电动汽车应用中,为了充分发挥系统的能力,这种方法是不可取的。


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