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摘要：本文详细分析移相全桥变换器的工作原理，分析了IGBT驱动电路，设计了一种面向电动汽车充电站应用的电源模块。确定本电源系统的优点。
关键词：IGBT 电动汽车 电源设计
0 前言
目前电动汽车其动力完全由电池供电的纯电动汽车被认为是电动汽车的未来发展的主要趋势，电动汽车的普及与广泛应用还存在着不少待解决的问题，其中的一个关键技术就是电动汽车的充电技术。本文设计了一种电压0～100V可调、电流0～100A可调、最大功率为10kW的电动汽车充电模块，该电源模块既可以独立的作为一个可调电压、电流源来使用，亦可把多个模块进行串并联来使用，以实现更大电压、电流、功率的要求。
1 电路结构与工作原理
1.1 系统总体结构
该系统主要由三相整流模块、全桥IGBT功率模块、高频变压器、输出滤波电感、输出滤波电容和主控制电路组成。该系统的输出分为两种方式：恒压输出和恒流输出。因此该系统的反馈回路有两路：一路是内环为限流环，外环为电压环的反馈回路（恒压输出方式）；另一路是只有电流环的反馈回路（恒流输出方式）。两路反馈信号经过一个多路模拟选择器送入移相控制芯片UCC3895，产生PWM信号，再经过IGBT驱动电路来控制IGBT。在恒压模式下内环的限流环可以起到限流的作用。在恒流模式下，系统的最大输出电压即为全桥电路以最大占空比输出时的电压，不需要限压，只有一个电流环。
1.2 主功率电路及反馈回路
全桥变换器的拓扑开关管的稳态关断电压等于直流输入电压，而不是像推挽、单端正激或交错正激拓扑那样为输入电压的两倍，且全桥变换器的输出是具有正负的全波，不会造成变压器磁芯的偏磁，广泛用于大功率电源中，因此该电源采用全桥变换器拓扑结构。
VS1、VS2组成变换器的超前桥臂，VS3、VS4组成变换器的滞后桥臂，Lk为变压器漏感，Cb为隔直电容，用于平衡变压器伏秒值，防止变压器偏磁。变压器变比为3：1，变压器次级输出采用全桥整流。该拓扑利用变压器漏感 Lk和功率开关管的并联电容 C1、C2产生谐振来实现超前臂的零电压开通与关断。变压器副侧采用由 Dh、Dr、Cc组成的辅助电路来实现滞后臂的零电流开通与关断，改变对角线上开关管驱动信号之间的相位差来改变占空比，以达到调节电源输出功率的目的。
1.3 IGBT 驱动
在本电源模块中，IGBT驱动电路是由变压器和光耦组成。交流15V输入送入一个多抽头高频变压器（工作频率为30kHz）。变压器副侧输出经全波整流滤波后给光耦供电。每个驱动电路驱动一个IGBT。
该驱动电路的特点有：①产生导通 IGBT所需要的正向栅极电压 VGE，当光耦导通时，Vo输出电压为VCC，相对于变压器中点电压VE是一个正的驱动电压。②产生IGBT关断所需要的负压VGE，当光耦关断时，Vo输出电压为VEE，相对于变压器中点电压VE是一个负的关断电压，可以快速关断IGBT，并且可以有效防止由于IGBT快速关断带来的误导通，保证IGBT安全、可靠地工作。③驱动电路与主电路和控制电路均是隔离的，另外控制光耦的两路PWM信号是同一个桥臂的上下两个管子的PWM信号，这样只有PWMA为高、PWMB为低时，光耦才会导通，下管的驱动是相反的，可以防止两只管子同时导通。④IGBT的栅射极之间并接两只反串联的稳压二极管，可以有效抑制驱动电路出现的高压尖脉冲，这对IGBT起到了保护作用。⑤4 个驱动电路彼此之间几乎没有相互干扰，因为它们采用的是不同变压器。有很多电源的控制和驱动供电采用的是TOPSwitch结构，用一个变压器产生多组隔离的电压，来提供关断IGBT时所需要的负压，但它们彼此之间很容易引进干扰，本电源采用驱动方法没有这些缺点。
1.4 电源模块的串并联
该电源模块可以当作一个独立的电源来使用，也可以串并联使用。当多个模块进行串并联时，只需要在上层用一个控制器来给定各个电源模块的电压、电流值即可，当然各模块的电压、电流给定是根据负载和电源之间的回流而时时变化的，来实现各电源模块之间的均流、均压。
2 实验结果分析
驱动电路提供的负电压可以保证在IGBT关断时，VGE在0 V以下，而且驱动电路的抗干扰能力很好。超前臂IGBT开通时，VCE已经为零，关断时VCE缓慢上升，实现了ZVS。滞后臂IGBT开通时，电流上升缓慢，关断时电流已经为零，实现了ZCS。
3 结语
本文设计的变压器加光耦的 IGBT 驱动电路可以实现IGBT的可靠开关，并且抗干扰能力很好，经实验验证具有非常好的效果。最后样机的实现证明了本设计的可行性。
关键词：IGBT 电动汽车 电源设计
0 前言
目前电动汽车其动力完全由电池供电的纯电动汽车被认为是电动汽车的未来发展的主要趋势，电动汽车的普及与广泛应用还存在着不少待解决的问题，其中的一个关键技术就是电动汽车的充电技术。本文设计了一种电压0～100V可调、电流0～100A可调、最大功率为10kW的电动汽车充电模块，该电源模块既可以独立的作为一个可调电压、电流源来使用，亦可把多个模块进行串并联来使用，以实现更大电压、电流、功率的要求。
1 电路结构与工作原理
1.1 系统总体结构
该系统主要由三相整流模块、全桥IGBT功率模块、高频变压器、输出滤波电感、输出滤波电容和主控制电路组成。该系统的输出分为两种方式：恒压输出和恒流输出。因此该系统的反馈回路有两路：一路是内环为限流环，外环为电压环的反馈回路（恒压输出方式）；另一路是只有电流环的反馈回路（恒流输出方式）。两路反馈信号经过一个多路模拟选择器送入移相控制芯片UCC3895，产生PWM信号，再经过IGBT驱动电路来控制IGBT。在恒压模式下内环的限流环可以起到限流的作用。在恒流模式下，系统的最大输出电压即为全桥电路以最大占空比输出时的电压，不需要限压，只有一个电流环。
1.2 主功率电路及反馈回路
全桥变换器的拓扑开关管的稳态关断电压等于直流输入电压，而不是像推挽、单端正激或交错正激拓扑那样为输入电压的两倍，且全桥变换器的输出是具有正负的全波，不会造成变压器磁芯的偏磁，广泛用于大功率电源中，因此该电源采用全桥变换器拓扑结构。
VS1、VS2组成变换器的超前桥臂，VS3、VS4组成变换器的滞后桥臂，Lk为变压器漏感，Cb为隔直电容，用于平衡变压器伏秒值，防止变压器偏磁。变压器变比为3：1，变压器次级输出采用全桥整流。该拓扑利用变压器漏感 Lk和功率开关管的并联电容 C1、C2产生谐振来实现超前臂的零电压开通与关断。变压器副侧采用由 Dh、Dr、Cc组成的辅助电路来实现滞后臂的零电流开通与关断，改变对角线上开关管驱动信号之间的相位差来改变占空比，以达到调节电源输出功率的目的。
1.3 IGBT 驱动
在本电源模块中，IGBT驱动电路是由变压器和光耦组成。交流15V输入送入一个多抽头高频变压器（工作频率为30kHz）。变压器副侧输出经全波整流滤波后给光耦供电。每个驱动电路驱动一个IGBT。
该驱动电路的特点有：①产生导通 IGBT所需要的正向栅极电压 VGE，当光耦导通时，Vo输出电压为VCC，相对于变压器中点电压VE是一个正的驱动电压。②产生IGBT关断所需要的负压VGE，当光耦关断时，Vo输出电压为VEE，相对于变压器中点电压VE是一个负的关断电压，可以快速关断IGBT，并且可以有效防止由于IGBT快速关断带来的误导通，保证IGBT安全、可靠地工作。③驱动电路与主电路和控制电路均是隔离的，另外控制光耦的两路PWM信号是同一个桥臂的上下两个管子的PWM信号，这样只有PWMA为高、PWMB为低时，光耦才会导通，下管的驱动是相反的，可以防止两只管子同时导通。④IGBT的栅射极之间并接两只反串联的稳压二极管，可以有效抑制驱动电路出现的高压尖脉冲，这对IGBT起到了保护作用。⑤4 个驱动电路彼此之间几乎没有相互干扰，因为它们采用的是不同变压器。有很多电源的控制和驱动供电采用的是TOPSwitch结构，用一个变压器产生多组隔离的电压，来提供关断IGBT时所需要的负压，但它们彼此之间很容易引进干扰，本电源采用驱动方法没有这些缺点。
1.4 电源模块的串并联
该电源模块可以当作一个独立的电源来使用，也可以串并联使用。当多个模块进行串并联时，只需要在上层用一个控制器来给定各个电源模块的电压、电流值即可，当然各模块的电压、电流给定是根据负载和电源之间的回流而时时变化的，来实现各电源模块之间的均流、均压。
2 实验结果分析
驱动电路提供的负电压可以保证在IGBT关断时，VGE在0 V以下，而且驱动电路的抗干扰能力很好。超前臂IGBT开通时，VCE已经为零，关断时VCE缓慢上升，实现了ZVS。滞后臂IGBT开通时，电流上升缓慢，关断时电流已经为零，实现了ZCS。
3 结语
本文设计的变压器加光耦的 IGBT 驱动电路可以实现IGBT的可靠开关，并且抗干扰能力很好，经实验验证具有非常好的效果。最后样机的实现证明了本设计的可行性。