01
弁言
由于有了“15KW电机掌握器”上个项目履历，产品的功能、性能及本钱等都能达到客户的需求，市场表现也比较优胜，还为公司争取到了不错的名声和积累了一些宝贵的关键技能。根据客户哀求再开拓一款中型物流新能源车车用电机掌握器，该掌握器低压部分电源为输入12V，高压驱动电路输入是直流360V,输出互换有效值约250V，功率60KW，效率>95%。无疑该项目难度比15KW电机掌握器难度大。针对该项目的设计需求，本人在原有的“15KW电机掌握器”根本上进行技能上的改进等等，终极达到客户的需求和市场的认可。
02
关键技能
1.驱动电路IGBT模块化，减小寄生参数、实现均流平衡技能
为了能够使电机掌握器达到输出功率60KW，用IGBT单管并联方案很难达到设计指标。本人在方案上采取了IGBT模块化技能。常用的IGBT并联方案是输入并联，输出也并联。但是它的问题比较多，如：
1、IGBT的寄生参数太大，大功率时不可忽略，增加了设计与生产本钱。
2、并联方案的均流技能不好实现或很难实现，假设A和B IGBT,流过A的电流很少，流过B的电流较大，永劫光事情B号IGBT烧坏的可能性远远增大，使整车风险性增加。
本项目采取的是驱动IGBT模块化方案：三项六桥臂加上NTC温度采样。该办法的优点是：
1、IGBT寄生参数大大减小，
2、不存在均流问题，
3、晶圆阁下或内部集成了NTC温度采样，IGBT保护更完好、更安全、
4、驱动电路更安全、更大略。
从图2和图4可以看出须要把稳的问题：
1、分立器件插件器件特殊多，贴片后须要波峰焊，贴片工艺难度增大，本钱增加。
2、分立器件散热构造件比较繁芜，装置难度增加。
3、分立器件寄生参数比较大，PCB LAYout 布局等等比较繁芜，耐压、电流、高压隔离、驱动能力、EMI问题都要考虑进去，布线更难。
4、由于器件比较多，特殊插件器件多，低压旗子暗记和高压旗子暗记不能更好的隔离，布线难度增加，插件器件多导致散热紧张通过掌握器壳体进行散热，掌握器构造难度增加。
图1 单管IGBT并联方案-某一上桥臂
图2 单管IGBT并联方案-六桥臂实物图
图3 IGBT模块三项六桥臂方案
图4 IGBT模块三项六桥臂方案PCB实物板
图1为三个英飞凌单管（型号：IGBTFGY120T65SPD-F085）并联方案，它们为电机H桥驱动电路三项六桥臂的个中一个桥臂，此方案的优点：
1、价格便宜
2、体积小
3、市场竞争力大；
缺陷：
1、各单管IGBT均流问题不好办理，很随意马虎导致某个管子过电流过大而烧坏，导致全体驱动系统被烧坏涌现非常。
2、寄生参数比较多，比如寄生电容、寄生电感等等，由于这些寄生参数IGBT续流二极管和Vce的尖峰电压不得不考虑进去，这些寄生参数很随意马虎导致IGBT失落效。
3、支撑IGBT的构造体设计比较繁芜，生产组装工序繁芜，测试比较繁琐，量产效率比较低。
4、分立的IGBT共须要18个,PCBlayout布局比较繁芜，layout考虑的成分非常多。
图3为用英飞凌IGBT集成模块（HPDrive）搭建的电机H桥驱动电路，此方案设计履行的优点为：
1、集成化比较高，一个模块自带H桥的三项六桥臂即6各IGBT集成在一体并且晶圆自带NTC负温度系数的热敏电阻，可以时候侦测IGBT晶圆内部的温度。由于集成度较高，使得驱动电路设计更大略方面；掌握器散热更优胜，体积更小，为其他整车部件预留更多的空间，如：BMS、DCDC、高压配电柜等等。
2、寄生参数比较小，险些不受本体寄生参数的影响，如寄生电容、寄生电感等等。进一步减小驱动电路设计难度，较小的本钱实现强大稳定的功能，更随意马虎实现稳定、安全、可靠的电机驱动电路。
3、Ic持续通电流能力比较大可以达到450A,CE两端的电压可以达到650V，可以同时知足新能源乘用车、小型物流车、乃至重卡的需求，即一款掌握器电路可以匹配多种功率的电机，大大缩短新项目研发、调试、试验、生产等周期。由于不同款的掌握器用的器件、构造件基本相同，仓库物料管理也会更大略，更随意马虎管控本钱，市场竞争力也会更强。
4、散热问题比较随意马虎办理，IGBT背面自带集成散热片，可以直接扣在掌握器外壳的水槽内，散热不须要做分外的处理，直策应用整车的现有冷却液散热就可以。
5、IGBT集成度高PCBlayout布局比较随意马虎，layout考虑点减少。
6、互换2.5KV的绝缘强度，高功率的密度，做绝缘处理的铜底板。
2.驱动电路IGBT短路保护功能技能
下图5所示，当IGBT短途经流时，驱动芯片的3pin Desat会供应一个恒流源，经由电阻R300,高压隔离二极管D300,在经由IGBT的CE流经到驱动芯片的4pinGND。直到IGBT的Vce管压降到9v时，此时对去饱和电容进行充电到9v，芯片内部会做封波处理以保护IGBT防止由于短途经流过热而烧坏晶圆。当去包和电容C300升高到9v时，驱动芯片7pin输出为低电平，通过三极管搭建的推挽短路上N管Q300和下P管Q301,去关闭IGBT。这时，驱动芯片16pin FLT故障输出低电平被激活，送到单片机处理，反馈到新能源整车的VCU做下一个动作的处理。驱动芯片输出16Pin （FLT）输出低电平即封波，此时IGBT关闭。硬件电路设计去饱和电容C300驱动芯片消隐韶光用来为IGBT从放大到饱和预留出足够的韶光。消隐韶光是由驱动芯片内部一个高精度的电流源和外部电容C300供应的。这个技能的运用，保护了掌握器即新能源汽车的核心器件IGBT不被烧坏，为整车的安全稳定运行供应了保障。
图5 IGBT驱动电路事理图（图4为此事理图的实物PCBA）
3.驱动电路有源米勒钳位技能
在图5红圈内H桥构造中，由于故障被溘然被关断的IGBT di/dt电流斜率比较大，通过公式 di/dtL=U可以看出，di代表在dt一断韶光内一个电流的变革量，L代表杂电感，U代表IGBT溘然关断Vce产生的尖峰电压。在这种情形下di/dt的斜率比较大，会产生一个或多个尖峰电压，此尖峰电压会通过IGBT内部的寄生电容米勒电容Cgd到IGBT的门极，会导致IGBT误导通，再次引发二次故障或毁坏。驱动芯片8pin CLAMP （图5绿圈内）的米勒钳位功能许可通过IGBT的寄生电容Miller电容的电流经由驱动芯片内部的MOSFET低阻抗回路到VCC2的地形成一个完全的回路。
因此，驱动电路中有了CLAMP钳位功能在许多运用中，可以避免利用负电源电压，减少硬件设计本钱及生产本钱等等。在关断期间，驱动芯片CLAMP监控IGBT的门极电压，当门极电压低于范例值的2v时，钳位功能输出会被激活。驱动芯片CLAMP引脚为米勒效益产生的滋扰供应电流可以高达2 A电流回路以担保IGBT门极不被误触发IGBT不会误导通，这个技能利用到掌握器中，使得新能源电机掌握器运行更平稳、可靠、安全、利用寿命周期延长，担保了新能源汽车整车的驱动能力整体性能达到最佳。
4.驱动电路高压大电流六层以内PCB layout技能
在图4 PCBA可以看出，考虑到了汽车电机掌握器电输入电压、电流都较大，对驱动管IGBT驱动旗子暗记抗滋扰性能哀求较高，dV/dt、di/dt斜率不能太大。在PCB设计中本人采取了六层板，进行PCB layout的设计。六层电路板每层的旗子暗记分配为旗子暗记层、地线层、电源层、六层板，没有绝对的地线层、电源层、旗子暗记层，但是要考虑安规（电气间隙、爬电间隔等等）。通过独立的地线层、电源层和PE层，可以对掌握旗子暗记进行屏蔽，避免旗子暗记之间的相互耦合滋扰，供应产品的可靠性，改进EMC性能。
图6 六层IGBT驱动电路PCB实物图
03
结束语
本人在掌握器的事理图设计、layout、器件选型等设计中，把上面的创新点利用到产品中，经由本人亲自理论打算、Multisim的仿真、调试、试验等追踪，掌握器终极产知足了客户哀求。本款掌握器研发成功，占领了公司多年来对高压大电流掌握器的技能难题，为公司带来了好的荣誉，关键技能指标，在业界也是处于领先。
