纯电动汽车电控系统是整车的核⼼，⾼效稳定的IGBT逆变回路能够提升电控系统的性能。正常⼯作时IGBT处于⾼频、⾼压、⼤电流⼯况，⼀旦驱动电源设计不合理使IGBT⼯作异常，轻则系统⽆法正常⼯作，重则引起模块炸裂[1]。汤健强、周雅夫等⼈提出利⽤反激拓扑⽅案设计驱动电源，虽可实现多种⽅式的驱动电源电路，但⾼低压反馈⽹络处在同⼀电路中存在安全隐患，并且电源只在开关关断时才向副边传输能量导致电源瞬态特性差[2-3]；在IGBT逆变回路中有6组隔离的驱动电源，若采⽤单原边多副边的变压器⽅案电⽓隔离和爬电距离难以满⾜要求[4-5]；孔维功等⼈提出⼀种前后级的驱动电源设计思想，但没有给出具体的⽅案[6]。为了解决这些问题，设计⼀款基于推挽拓扑的IGBT驱动电源，包含由UCC2808芯⽚⽣成推挽PWM信号、推挽变压器设计、输出端倍压整流电路。
1 车⽤IGBT驱动电源特性分析
⽬前，纯电动汽车车载电瓶额定电压有12 V和24 V两种规格，并存在±20%的波动，整个电控系统弱电由车载电瓶提供，考虑到⾼低压电⽓隔离和IGBT模块封装尺⼨等问题，通常电机控制器主控电路和驱动电路分布于两块PCB板上。本次驱动电源的设计框架如图1所⽰，主控板的电压变换电路通常采⽤DC/DC变换器(如SEPIC电路)或反激电路实现，主要取决于整个电控系统电源架构的设计和布局，本设计⽣成的18 V电压存在±10%的波动。SEPIC电路能够实现宽范围电压输⼊恒压输出，可以消除车载电瓶
电压波动对系统的影响[6]，反激电路则可实现多路输出，为不同的模块供电，低压端通过三个推挽变压器为⾼压端的IGBT提供驱动电源，变压器的原副边为开环控制，相⽐于反激⽅案实现了⾼低压的隔离。
从FS400R07A3E3⼿册查得IGBT的开通和关断电压范围为±20 V。通常对于⼯作在饱和状态的IGBT，I C⼀定的情况下，V CE随着U GE增⼤⽽减⼩，⽽在V CE⼀定时，I C随着UGE的增⼤⽽增⼤。开通和关断过程中的损耗主要由I C和V CE决定，故选择合适的开通电压可以减⼩IGBT的开通损耗；同时，过⾼的开通电压使栅极电容迅速充电容易引起振荡，过低则会使开通不彻底，增加导通损耗，因
苏醒打李炜此开通电压⼀般选取15 V左右。另外，IGBT的⽶勒效应会使原本关断的IGBT误导通，负压关断可避免该情况，⽽逆变回路中的杂散电感在关断时引起的电压尖峰也必须控制在合理范围，有相关⽂献显⽰-8 V左右的关断电压是⽐较适合的[7-8]。
2 IGBT驱动电源设计
2.1 推挽电源PWM信号⽣成电路设计
UCC2808系列是德州仪器推出的⼀类基于BiCOMS⼯艺的电流型脉宽调制芯⽚，具有⾼速、低功耗的特点，其内部有误差放⼤器、PWM ⽐较器、过流⽐较器以及振荡器等[9]，仅需很少的外围元件就可实现固定频率的PWM驱动脉冲信号，电路结构如图2所⽰。OUTA、OUTB引脚可同时驱动对管MOSFET，其驱动信号的频率为振荡器频率的⼀半且两个输出之间的死区时间为60 ns～200 ns，本次设计的驱动频率为170 kHz，通过调整4脚外部的RC⼤⼩可设置振荡器频率f z，计算如式(1)所⽰。正常⼯作时两个MOS管交替导通，SW1、SW2接⾄隔离变压器的原边，通过电流采样电阻R5将过流信号反馈到CS引脚。
2.2 推挽电路设计
网上选号牌推挽变换器是由两个单端正激变换器演变⽽来的，如图3所⽰。电路中当Q关断时去磁绕组N3的电压
办理护照需要什么为上正下负，经过续流⼆极管VD1将磁芯中的剩磁能量向电源馈送，可以避免变压器磁芯饱和。⽽在如图4所⽰的推挽变换器中，当NP2绕组对应的上管关闭时NP1通过电流采样电阻R5及下管的⼆极管向电源反向充电，避免磁芯饱和[10]。正常⼯作时原边两个MOSFET推挽输出，通过变压器将能量传输到副边。副边为倍压整流电路，+15 V_UT、-8 V_UT表⽰U相上桥的开通和关断电压，+15 V_UB、-8 V_UB为U相下桥的开通和关断电压。V、W 相驱动电源结构和U相完全⼀致，利⽤三个推挽变压器实现了每相IGBT驱动电源的隔离。
2.3 变压器设计
三相全桥逆变电路中每个桥臂的驱动电源都是独⽴且完全对称的，图1中单个IGBT栅级所需驱动功率为：
式中：P drv_out为单个IGBT所需额定驱动功率；Q g为IGBT开通和关断期间栅级总电荷，⼿册数据为4.3 μC；f s为IGBT的开关频率，取10 kHz；V H、V L为开通和关断电压分别为15 V和-8 V。
算得P drv_out为0.989 W，考虑余量和兼容性，将P drv_out设计为2 W(8 V/250 mA)，如图4中所⽰可认为变压器的副边Ns1和Ns2的输出额定功率均为2 W。
变压器原边的输⼊功率计算公式为：
式中：P in为原边输⼊功率；V O1、I O1为Ns1输出的额定电压和电流，取8 V、250 mA；VO2、IO2为Ns2输出的额定电压和电流，取8 V、250 mA；η为原副边的传输效率，取0.75。
原边电感量计算公式为：
式中：L p为原边NP1、NP2的电感量，且两者相等；V in为原边输⼊直流电压，取18 V；D为推挽MOS管的导通占空⽐，取0.47；f为推挽MOS管的导通频率，取170 kHz。
郑爽捐骨髓原边电流峰值计算公式为：
式中：N P为Np1、Np2的线圈匝数，且两者相等；Ae指磁芯窗⼝有效截⾯积取8.47 mm2。
副边匝数计算公式为：
式中：N S为Ns1、Ns2的匝数，且两者相等；V O为副边输出电压取8 V。
2.4 倍压整流电路设计
珠海有什么大学图5中当Ns1为上正下负时电流有两条流通路径，⼀是由线圈正极通过电容C7、C8和⼆极管D3到线圈负极，⼆是由线圈正极通过⼆极管
D2和电容C6到线圈负极。此时D1处于反向截⽌状态，达到稳态时C6、C7、C8两端电压均为Ns1两端电压减去⼆极管压降，约为7.3周焯华儿子周柏豪
V，即VL为-7.3 V。
图6中当Ns1下正上负时电流只有⼀条流通路径，由线圈正极通过C6、D1、C2到线圈负极。此时D2、D3处于反向截⽌状态，C2两端电压即为IGBT的开通电压V H，根据基尔霍夫电压定理可知C2两端的电压⼤⼩计算公式为：
式中：V C6为C6处于稳态时的电压7.3 V；V NS1指Ns1两端的电压8 V；⼆极管D1的管压降VD1为0.7 V。
电源在驱动电路中的连接⽅式如图7所⽰(以U相上桥为例)，驱动芯⽚左侧为低压部分，PWM+、PWM-是驱动互锁信号控制IGBT的开通和关断。右边为⾼压部分，当驱动芯⽚OUT引脚输出⾼电平时三极管Q1导通，开通电压+15 V_UT通过开通电阻R1给IGBT栅极G_UT充电。同理，当OUT输出端为
低电平时三级管Q2导通，栅极通过关断电阻R2⾄-8 V_UT进⾏放电，R1、R2、C2为驱动参数，相互匹配能够调节IGBT的开通和关断速度。R3的作⽤是防⽌MOS管误开通，⽽⼆极管D1和双向稳压管D2能够使栅级电压钳位在合理范围[11]。
3 仿真验证
如图8所⽰在LTspice仿真软件上对设计电路进⾏验证，结果如图9所⽰。推挽电路中两个MOS管的驱动PWM信号由软件库⾃带的函数信号发⽣器V1、V2⽣成。满载电流可按下式估算：
仿真中⽤可变电流源作为负载验证驱动电源的带载能⼒，从图9中可以看出负载由轻载到重载变化时开通和关断电压在±100 mV内波动，说明该电源有良好的带载能⼒。
4 样机测试
变压器原边直流输⼊电压V in存在±10 %的波动，在该输⼊电压下所测驱动电源指标如表1所⽰，表中数据为6组驱动电源的均值。U相所测
相关波形如图10所⽰，(a)、(b)所测结果与图9中的仿真数据相差不⼤，(c)中所测纹波为40 mV左右。说明该电源设计合理、性能稳定。
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