2SD106AI在混合動(dòng)力汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用

1 引言
隨著近幾年汽車保有量的快速增加，汽車能源消耗增長(zhǎng)呈現(xiàn)加速趨勢(shì)，進(jìn)一步加劇了我國(guó)石油供需矛盾。在當(dāng)前石油資源日益緊張，價(jià)格不斷攀升的國(guó)際形勢(shì)下，混合動(dòng)力汽車作為解決汽車節(jié)能、降低排放的汽車工業(yè)新技術(shù)，具有低污染和低油耗的特點(diǎn)，成為國(guó)際、國(guó)內(nèi)汽車發(fā)展的新熱點(diǎn)^[1]。電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)作為混合動(dòng)力汽車中的主要部分，其性能直接決定了汽車的行駛性能、尾氣排放量以及汽車的續(xù)航路程，在混合動(dòng)力汽車中起著至關(guān)重要的作用。

本系統(tǒng)選用分立式的大功率igbt作為開(kāi)關(guān)器件，由于其在開(kāi)通關(guān)斷時(shí)需要瞬間大電流，故選用concept公司的scale系列驅(qū)動(dòng)模塊2sd106ai-17，其驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，隔離效果好，并具有完善的保護(hù)電路，將此系統(tǒng)用于混合動(dòng)力汽車用內(nèi)置式永磁同步電機(jī)（ipmsm）的驅(qū)動(dòng)，實(shí)驗(yàn)證明該模塊有較好的驅(qū)動(dòng)能力和較強(qiáng)的可靠性。

2 2sd106ai-17驅(qū)動(dòng)模塊簡(jiǎn)介及具體應(yīng)用設(shè)計(jì)

2sd106ai-17是瑞士concept公司生產(chǎn)的scale系列驅(qū)動(dòng)模塊之一，其可靠性高、使用壽命長(zhǎng)，主要應(yīng)用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)、dc/dc變換器等需要驅(qū)動(dòng)大功率igbt和mosfet的系統(tǒng)。它具有很強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力，最高驅(qū)動(dòng)電流可達(dá)±6a，內(nèi)部集成了短路和過(guò)流保護(hù)電路、欠壓監(jiān)測(cè)電路，僅需+15v電源供電，開(kāi)關(guān)頻率可高達(dá)100khz。與ipm集成驅(qū)動(dòng)模塊相比，需要更少的外部器件，還可以選擇兩種不同的工作模式，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)單管和半橋驅(qū)動(dòng)。

2.1 驅(qū)動(dòng)模塊簡(jiǎn)介
圖1為2sd106ai-17的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖，它由電子接口ldi，脈沖變壓器，智能柵極驅(qū)動(dòng)igd和+15v dc/dc電源組成。外部控制器輸入的pwm信號(hào)首先進(jìn)入ldi單元，由ldi模塊進(jìn)行編碼處理進(jìn)而通過(guò)脈沖變壓器送到igd單元，脈沖變壓器用于驅(qū)動(dòng)信號(hào)的電氣隔離，igd單元接收到編碼后的脈沖信息，將其解碼成原始的pwm信號(hào)，然后進(jìn)行放大，用于觸發(fā)外接的功率半導(dǎo)體器件。同時(shí)，igd模塊內(nèi)部集成了保護(hù)電路，當(dāng)檢測(cè)到igbt發(fā)生短路和過(guò)流故障時(shí)，其狀態(tài)確認(rèn)電路產(chǎn)生狀態(tài)信號(hào)送到ldi單元，進(jìn)而在控制電路中得以處理^[2]。

2.2 應(yīng)用電路設(shè)計(jì)
2sd106ai-17有兩種工作模式可供選擇，一種為直接模式，另一種為半橋模式。在半橋模式中，由scale驅(qū)動(dòng)模塊內(nèi)部產(chǎn)生所需的死區(qū)時(shí)間；而本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，選擇直接模式，其驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)如圖2所示，帶死區(qū)的pwm信號(hào)由控制芯片內(nèi)部產(chǎn)生，mod輸入端接+15v，同時(shí)rc1和rc2接地，保證驅(qū)動(dòng)處于直接模式。ina和inb為兩路pwm輸入端，
vl/reset通過(guò)一個(gè)上拉電阻接+15v，并通過(guò)一個(gè)5.1v的穩(wěn)壓管in4733接地，實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)ina/b引腳直接輸入3.3v邏輯電平時(shí)，只有vl/reset引腳穩(wěn)定在合適電壓時(shí)，驅(qū)動(dòng)模塊才能正常工作。狀態(tài)輸出信號(hào)so1和so2獨(dú)立工作，控制器可以檢測(cè)到其錯(cuò)誤狀態(tài)，并進(jìn)行相應(yīng)處理^[3]。


由上述驅(qū)動(dòng)電路生成的兩路互補(bǔ)帶死區(qū)的pwm波形如圖3所示，此時(shí)示波器探頭衰減10倍，容易看出2sd106ai-17輸出的兩路驅(qū)動(dòng)信號(hào)的幅值為±15v，死區(qū)時(shí)間由微控制器產(chǎn)生，軟件設(shè)定為6μs。

當(dāng)微控制器采用svpwm調(diào)制技術(shù)時(shí)，2sd106ai-17其中一路輸出經(jīng)rc濾波后的波形如圖4所示。svpwm波形是在正弦波的基礎(chǔ)上疊加了三次諧波，可以大大提高直流母線電壓的利用率，從而使電機(jī)的帶載能力得到加強(qiáng)。


3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
將以上設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)用于混合動(dòng)力汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，系統(tǒng)框圖如圖5所示，本系統(tǒng)采用西門康公司生產(chǎn)的型號(hào)為skm400gb128b的igbt作為開(kāi)關(guān)器件，其集電極峰值電流可達(dá)400a。電流檢測(cè)采用lem公司的霍爾電流傳感器，電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)選用日本多摩川公司的正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器，及其配套的解碼芯片ad2s1200?？刂撇糠诌x用ti公司型號(hào)為tms320f2812的數(shù)字信號(hào)處理器作為核心控制芯片，采用基于svpwm的矢量控制技術(shù)作為ipmsm的控制策略。


實(shí)驗(yàn)電機(jī)參數(shù)如下：磁極對(duì)數(shù)為8，額定電壓168v，額定電流200a，額定轉(zhuǎn)速3000r/min，額定轉(zhuǎn)矩120 n·m。
在電機(jī)空載試驗(yàn)中，當(dāng)ipmsm轉(zhuǎn)速在120r/min時(shí)，示波器衰減10倍測(cè)得a、b兩相之間的線電壓波形如圖6所示，從圖6中可以看出，線電壓波形畸變較小，波形較為理想。

4 結(jié)束語(yǔ)
本文介紹了以concept公司的scale系列驅(qū)動(dòng)模塊2sd106ai-17為核心的驅(qū)動(dòng)電路，并將其應(yīng)用到本實(shí)驗(yàn)室自主研發(fā)的混合動(dòng)力汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，驗(yàn)證了2sd106ai-17驅(qū)動(dòng)模塊的有效性，其較好的驅(qū)動(dòng)能力適于車上的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

作者簡(jiǎn)介
李銘梔（1982-） 女 碩士研究生，主要從事電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)研究。

參考文獻(xiàn)
[1] 竇汝振,李磊,宋建鋒. 電動(dòng)汽車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì). 變頻器世界,2007
[2] 劉飛,韋克康,游小杰. 基于2sd106的igbt驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用. 世界電子元器件,2007
[3] 2sd106aiapplication data sheet. concept inc,1999