電動(dòng)汽車(chē)有源電壓鉗位IGBT驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)解析

引言
　　隨著混合動(dòng)力汽車(chē)及電動(dòng)汽車(chē)的日益普及，其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)正在向高電壓、大功率方向發(fā)展，更大電流、更高電壓的IGBT模塊開(kāi)始得到應(yīng)用。在電機(jī)控制器系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。
　　抑制關(guān)斷電壓尖峰的必要性
　　為了讓電動(dòng)汽車(chē)和混合動(dòng)力汽車(chē)具有更大的最高時(shí)速和加速度，需要采用更大功率的電機(jī)和更大功率的IGBT模塊。在同樣功率情況下，母線電壓越高，系統(tǒng)的額定電流越小，系統(tǒng)的損耗也越低，同時(shí)還可以減小導(dǎo)線截面積，從而減輕車(chē)重。因此，在系統(tǒng)承受的范圍內(nèi)采用較高的母線電壓成為電動(dòng)汽車(chē)開(kāi)發(fā)的方向。
　　此外，在剎車(chē)能量回收、發(fā)電機(jī)發(fā)電工作等工況下，系統(tǒng)往往工作于超過(guò)額定母線電壓的工況下。尤其是為了盡量回收下坡時(shí)電動(dòng)汽車(chē)的重力勢(shì)能，系統(tǒng)往往工作在允許的最高電壓狀態(tài)。然而IGBT關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的Vce電壓尖峰疊加在上述較高的母線電壓上（見(jiàn)圖1），有超過(guò)IGBT耐壓值導(dǎo)致IGBT過(guò)壓失效的風(fēng)險(xiǎn)。這也是IGBT失效的最典型的原因之一。
　　因此，為滿足電動(dòng)汽車(chē)及混合動(dòng)力汽車(chē)較高母線電壓下工作的需要，在IGBT關(guān)斷使Vce接近耐壓值時(shí)對(duì)電壓尖峰的抑制是非常必要的。
　　有源電壓箝位方案的優(yōu)勢(shì)
　　IGBT關(guān)斷電壓尖峰是由系統(tǒng)寄生電感和關(guān)斷電流變化率決定的，計(jì)算公式如下：
　　Vs=Ls * di/dt
　　Ls表示系統(tǒng)寄生電感，di/dt表示關(guān)斷時(shí)流過(guò)IGBT的電流變化率，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面通常采用疊層母排技術(shù)盡量減小寄生電感，增加并聯(lián)在母線上的吸收電容等方式減小關(guān)斷尖峰。在驅(qū)動(dòng)電路方面抑制電壓尖峰的方式也有如下幾種：
　　a）增加關(guān)斷電阻阻值。
　　增加關(guān)斷電阻阻值會(huì)減小關(guān)斷IGBT的電流變化率，從而達(dá)到降低關(guān)斷電壓尖峰的作用。但是這種方法的缺點(diǎn)是，同時(shí)增加了IGBT的關(guān)斷損耗，也就降低了IGBT的承受電流能力。在電動(dòng)汽車(chē)應(yīng)用中，為了充分發(fā)揮系統(tǒng)的能力，這種方法是不可取的。
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