引言
隨著中國在新能源和傳統(tǒng)能源設備的升級改造上的大量投資以及igbt本身具有的高輸入阻抗、低導通壓降、開關頻率高、工作電流大等優(yōu)點，igbt得到了廣泛應用。然而市面上的igbt驅動器如mornsun的qc962、三菱的m57962l和惠普的h316j等本身并不自帶電源，而如果采用常規(guī)電源產(chǎn)品來給igbt驅動供電時，往往會發(fā)現(xiàn)igbt驅動和igbt容易損壞，或者驅動信號紊亂而導致驅動系統(tǒng)的工作異常，究其原因就是igbt系統(tǒng)復雜的工作環(huán)境中存在的各種干擾信號，通過電源初次級線圈的寄生電容傳遞到初級端導致電源的工作異常，從而導致整個驅動系統(tǒng)的工作異常。要解決這類問題，我們需要選取一款igbt驅動專用電源，它必須具有如下條件：
1.提供標準的正反向驅動電壓，保證有效開通和關斷igbt；
2.具有很強的輸入輸出隔離能力亦即隔離電容非常小，能有效隔離各種干擾信號；
3.要能帶大容性負載，保證有足夠的輸出功率或瞬間電流輸出能力;
4.寬輸入電壓范圍內電源不失效并具有輸出短路保護等功能；
而qa04正是這樣一款為igbt驅動系統(tǒng)設計的專用電源模塊，目前已經(jīng)在電動汽車驅動、通用變頻器、不間斷電源(ups)、電焊機、交流伺服驅動系統(tǒng)、電梯控制系統(tǒng)等igbt驅動系統(tǒng)

圖1 qa04實物圖

上得到了廣泛應用。
qa04的介紹
qa04是專為需要兩組隔離電源的igbt驅動器而設計的dc－dc模塊電源，可以比常規(guī)電源產(chǎn)品帶更大容性負載并且具有更小的隔離電容和更高的隔離電壓(見圖1)。其內部采用了兩路獨立輸出后共接模式提供正負電壓，可以更好的為igbt的開通與關斷提供能量。同時具有輸出短路保護及自恢復能力，且針對igbt應用需求在產(chǎn)品進入短路保護后產(chǎn)品不完全關閉保持對外接電容一定的充電能力不使驅動器失控從而有效保護igbt。比常規(guī)模塊具有更寬的工作溫度范圍更加適合汽車工作環(huán)境的應用。
產(chǎn)品特點：
● 輸入：9～15vdc
● 輸出：+15v,-8v
● 效率80%
● 小體積模塊化sip封裝
● 寬工作溫度范圍: -40℃～+105℃
● 輸出短路保護
● 高隔離電壓3000vac
● 可空載使用
● 符合rohs指令

圖2 qa04內部結構框圖

qa04的原理及功能介紹
qa04主要由以下幾部分組成：驅動電路、斬波電路、短路檢測和控制電路、變壓器、整流 濾波電路等。其結構框圖如圖2所示。
電路采用磁電隔離方案，采用金升陽特有的工藝技術使產(chǎn)品具有高達3000vac的隔離電壓以及低達10pf的隔離電容，特有的短路檢測和控制電路(專利技術)使產(chǎn)品具有輸出短路保護功能，且使產(chǎn)品在較寬范圍(9~15vdc)輸入時仍然能夠正常工作，保證后端igbt不至于因為igbt驅動器失控而燒壞。
對于igbt控制系統(tǒng)而言，關鍵之一是保證核心器件igbt不會損壞。因為igbt作為大功率電路的控制器件，不僅價格昂貴，一旦損壞還會導致大功率電路短路并容易引發(fā)其他危險。對于igbt驅動器而言，要保證igbt不損壞，不僅要有過流過壓等保護功能，還要保證igbt在任何情況下都能被可靠控制。因為igbt一旦失控，往往意味著高內阻導通，這時流過的電流很容易損壞igbt。要保證驅動器能夠可靠控制igbt，就必須保證驅動器在任何情況下不斷電。即使在短路的情況下依然能夠給驅動器較大的供電電流以保證在短路電阻上形成一定的壓降，使得驅動器的低壓保護電路能夠正常工作。qa04正是基于這一理念設計的。qa04內置了短路檢測和控制電路，可以保證在電源輸出短路時限制電源的輸入功率，但又能夠提供較大的輸出電流。這使得qa04不僅有很強的容性負載能力，還能夠在輸出短路時依然持續(xù)供電并形成一定的壓降，使驅動器工作于低壓保護狀態(tài)，為igtb控制系統(tǒng)故障停機贏得時間。
其基本原理是：輸入電源首先經(jīng)過驅動電路和斬波電路從直流轉變?yōu)榻涣魍ㄟ^變壓器隔離傳送到后端，再通過整流濾波電路將交流轉化為直流，其中短路保護和控制電路會實時監(jiān)測模塊的工作狀況，當產(chǎn)品產(chǎn)生短路時促使產(chǎn)品進入短路保護工作模式，保證產(chǎn)品不因短路而損壞，短路故障消除后產(chǎn)品又能自動恢復。輸出端則采用兩路獨立輸出后共接方式提供正負電壓確保參考地電平電壓的穩(wěn)定。
qa04的典型應用

圖3 電動汽車驅動系統(tǒng)整體結構簡圖

(1)電動汽車驅動系統(tǒng)上的應用
電動汽車驅動系統(tǒng)整體結構如圖3所示，主要分為兩部分：供電系統(tǒng)和驅動控制系統(tǒng)。
電源系統(tǒng)采用蓄電池供電，由于蓄電池輸出的電壓是不穩(wěn)定的所以就需要后端有一個穩(wěn)壓電源(此方案采用廣州金升陽生產(chǎn)的9-36v寬壓輸入電源urb2412ld-20w)，穩(wěn)壓電源為電動汽車的控制電路以及qa04供電，六塊igbt驅動專用電源模塊qa04為六個igbt驅動器提供電量并且實現(xiàn)隔離抗干擾功能。詳細工作情況為：在控制器輸出的控制信號(pwm)為高電平時，模塊給igbt驅動器提供一路正的15v(typ)電壓并通過igbt驅動內部的達林頓結構將電流放大后送到igbt的柵極，從而開通igbt；當pwm輸入為低電平時，qa04給igbt驅動器提供一路-8v(typ)電壓并通過igbt驅動器內部大達林頓結構將igbt柵極電壓拉低至負壓，從而有效關斷igbt.在整個過程中通過qa04實現(xiàn)對igbt驅動系統(tǒng)干擾信號的隔離，保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的運行。
驅動控制系統(tǒng)通過逆變器實現(xiàn)從母線直流電壓向交流電壓的逆變并控制電機驅動電動汽車?？刂齐娐穭t通過igbt驅動器驅動igbt和實時監(jiān)測igbt的工作狀態(tài)，一旦igbt出現(xiàn)短路故障，控制電路通過igbt驅動器關閉igbt從而防止igbt因為過流過熱燒壞。控制電路同時完成對逆變器的輸入端的母線電壓的采樣和逆變器輸出相電流的采樣，并將信息分享給電動汽車的pc終端分析處理，實現(xiàn)對電機轉速的精準控制和實時顯示。
(2)在線式不間斷電源(ups)上的應用
qa04在不間斷電源上的應用簡圖如圖4所示?；窘Y構由整流電路、逆變器(qa04電源+igbt驅動qc962+igbt)、充電器、蓄電池、旁路開關(繼電器或可控硅)五部分構成。
其基本工作原理是：產(chǎn)品在正常工作時，交流市電通過整流電路整流后從交流市電轉換為直流電，并經(jīng)dc/ac逆變器將直流電轉換為所需要的高壓交流電給負載供電。qa04在這個過程中為igbt驅動器(廣州金升陽科技生產(chǎn)的qc962)提供開關igbt所需要的能量，并實現(xiàn)電源的隔離，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。同時，交流市電通過充電器給蓄電池組充電。當主路出現(xiàn)故障時蓄電池組開始工作，系統(tǒng)將交流市電供電方式切換為蓄電池組供電方式供電；當故障排除后，系統(tǒng)將蓄電池組供電方式切換為交流市電供電方式，蓄電池組停止工作從而保證整個系統(tǒng)不間斷的穩(wěn)定工作。

圖4 不間斷電源(ups)的應用簡圖

小結
由于qa04比常規(guī)的電源模塊具有更低的隔離電容更高的隔離電壓，可有效隔離igbt驅動系統(tǒng)存在的干擾信號，并且根據(jù) igbt驅動系統(tǒng)的工作特性采用了針對性的設計，具有能帶大容性負載、寬范圍輸入產(chǎn)品不失效、正負兩路電壓輸出、輸出短路保護和自恢復等功能，比常規(guī)模塊具有更優(yōu)異的表現(xiàn)，再加之該產(chǎn)品的工作溫度范圍較寬從而在電動汽車驅動、通用變頻器、不間斷電源(ups)、電焊機、交流伺服驅動系統(tǒng)、電梯控制系統(tǒng)等igbt驅動系統(tǒng)上得到了廣泛應用。