基于SKHI22B的电动游览车驱动电路设计
吕健攀，张奕黄，杨岳峰，王卫东(北京交通大学，北京100044)
中图分类号：TM343 文献标识码：E
文章编号：1004 -7018( 2008) 09 -0061 -01
0引言
电动汽车是新时代的产物，它以电能为能源，具有零排放、无污染等特点，应用广阔。而驱动电机以及控制系统是电动汽车动力系统中的核心，为了达到高效率、高胜能，通常
采用异步电机。用集成功率模块( IpM)作为逆变器使用时，虽然应用简单，开发周期短，然而实际应用中可靠性并没有ICBT高，成本也比较高：因此用JCBT来代替IPM模块，降
低成本，增加可靠性。IGBT驱动必须具备两个功能：一是实现控制电路与被驱动ICBT栅极的电隔离，二是提供合适的栅极驱动脉冲。为r能有效的驱动ICBT，本文结合异步电动机的控制系统，设计了一种高性能的逆变驱动电路，用于电动游览车逆变控制器上
SKHI22系列驱动模蛱是德国西门康(SEMIKRON)公司推出的一种IGBT/MOSFblT驱动模块。SKHI系列驱动模块主要有以下特点
(1)仅需一个不需隔离的+15 V电源供电；
(2)抗dv/dt能力可以达到75 kV／μs；
(3)控制电路和T(-.BT主电路之间的隔离电压可以达到4 000 V：
(4)输出峰值电流可以达到8 A;
(5)同一桥臂上下开关管驱动信号具有互锁功能，可以防止两个开关管的贯穿导通；
(6)死区时间、Vce的监控、Rgon和Rgoff.可以分别调节，因而可以对不同用户的特殊需求进行优化；
(7)可以输出差错信号以通知控制系统；
(8)具有过流、欠压保护功能。
采用SKHI22B的驱动电路在车用逆变器电机驱动系统中得到了较好的应用。
1电路设计
图l为基于SKHI22B驱动模块设计的驱动电路在电动游览车控制系统中的应用框图。该控制系统是由12节12 V的蓄电池串联构成一个144 V的直流电源，通过逆变器把直流电逆变成三相交流电来控制异步电动机：本文用三个SKHI22B模块驱动六个lCBT开关管一设计驱动电路时，外围电路包括电源部分、故障显示部分、以及电阻、电容参数的选取等需要重点考虑。
由于SKHI22B模块内部有带隔离变压器的DC/DC变换器，因而不需要单独设计隔离的变压器，节省了空间布局，而且只需要一路15 V的驱功电源。在辅助电源原边有欠电压监控电路，这样可以保证ICBT具有安全可靠并能提供足够功率的门极驱动电路。图2为其中一个模块驱动电路原理图。驱动模块的输入电压为15 V，驱动输入信号必须是一个5v的信号电压，通态电流为0 34 mA，根据前级R1和R2前级的输入信号电平的高低，选择R1和R2的参数：本文中输如信号A+、A-的****电平为l5 V，通过计算，开通电阻R1和R2参数设为6 8 kΩ。
通过对P5、P6、P9管脚电乎的控制，硬件实现死区的给定，有0、l .3μs、2 .3μs、3.3μs、4.3μs五种死区状态，如表l所示。根据实际需要，选择对应的死区时间。本文采用P5、P6、p9同时开路的方式，死区时间设为4 3 μs。
输出级可通过分别串接的Rgon和Rgoff调节ICBT的开通和关断速度，当ICBT在硬开关方式下工作时，会在开通及关断过程中产生较大的开关损耗，这个过程越长，开关损耗越大，器件工作频率较高时，开关损耗甚至会大大超过ICBT通态损耗，造成管芯温升较高；这种情况会大大限制IGBT的开关频率和输出能力，同时对IC-BT昀安全工作造成很大威胁，ICBT的开关速度与其栅极控制信号的变化速度密切相关，ICBT的栅极电压源特性呈非线性电容性质，因此，驱动器须具有足够的瞬时电流吞吐能力，才能使IGBT栅源电压建立或消失得足够快，从而使开关损耗降至****水平；另一方面，驱动器电阻也不能过小，以免驱动回路的杂散电感与栅极电容形成欠阻尼振荡，同时过短的开关时间，也会造成主回路过高的电流尖峰，这既对主回路安全不利，又容易在控制电路中造成干扰：一推荐为在保证死区时间的条件下，开关延迟时间不大于1μs;阻值越大，开通关断越慢：Rgon和Rgoff的最小值是3 Ω本文设计的驱动器用在BSMOO C.B的ICBT上，所以选用的Rgon和Rgoff。都为6 8 Ω。
驱动模块的电源电压为15 V，本文设计的是电动车用电机控制逆变器，母线端是l44 V的直流电压，所以采用一个15 V/l A的DC/DC开关电源模块通过把144 V降压来提供电源。因为该电路中还需要光耦对故障信号进行隔离处理，以及下文提到的74 LS74芯片来锁存信号，这些芯片需要一个5v的电源来供电，所以本文用7815稳压芯片来实现5V的电压输出，如图3所示。
故障时，SKHI22B模块故障端信号是一系列不停的低电平脉冲。为了让外部显示信号，采用74LS74来对故障信号锁存。根据74LS74的真值表，设计如下故障锁存器。如图4所示，在数据输入端D的信息只在时钟脉冲的正沿上被传递到Q输出端，时钟脉冲是通过故障信号来提供的，当时钟信号无论在高或者低电平时，输人数据信号不受影响：因此当故障时，CI.K端输入一个高电平脉冲（之前先被反相），Q负端输出低电平信号，此时LED被点亮，显示故障；而非故障下，CI.K端输入的是一个高电平信号．Q负端始终是高电平，此时LED不亮。每一个驱动模块对应一个故障信号显示，当任意一个驱动模块出现故障时，对应的LED就会显示，我们就可以从容地查找故障原因了。
2实验结果
用三个SKHI22B模块来驱动三个ICBT模块，本文用三个13MC;300 C.B的ICBT模块用来构成车用逆变器的功率开关元件，负载为5.5 kW异步电动机。
如图5所示，下侧波形足驱动电路的输入信号，上侧波形是驱动电路的输出波形=由图可见，延时很小，有较强的实时控制能力。
图6为三相输出的电流波形。在5 kHz的开关频率下IC.BT模块发热正常，系统工作良好，证明该驱动电路参数选择合理。
3结论
SKH122B驱动器在使用过程中应注意：
(1)驱动输出与半导体连线距离应该尽量小，并采用双绞线：
(2)为r去除电路的寄生电感、减小ICBT关断时的过电压，应在C、E两端加入RCD缓冲吸收电路，本文采用的是三个西门康双桥IGBT，每个C、E两段并联一个RCD电容。
(3)为了与控制电路配合，驱动电路产生的故障信号引入到控制电路中，以便在ICRT故障时封锁ICBT驱动信号。
(4)驱动模块用在逆变器上，带电运行时，不能直接用示波器去测量驱动端的驱动信号，否则容易烧毁驱动模块和ICBT模块。
通过实验可以看出，用SKHI22B模块设计的IGBT驱动器抗干扰性强、可靠性高、驱动能力好，此外，驱动模块自身带有硬件互锁电路，给定死区设置后，保证了上下桥臂不会同时导通，可以有效防止过流。
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