节能型交流驱动系统在电动车中的应用

图3 开关管Sd控制电路

　　3 检测与互锁电路

　　在该系统中，检测与互锁电路具有异常重要的作用。首先，它通过检测DC-DC变换器输出端的电压大小，来判定是否需要将电路工作模式从电动运行状态转入能量回馈状态或者从能量回馈状态转入电动运行状态；其次，它需要根据检测及判断的结果，相应地控制电动运行开关管和能量回馈开关管的驱动电路。图4为检测及互锁电路，其工作原理如下：首先根据DC-DC变换器正常工作时输出电压的大小，设定比较器引脚2的参考电压，并采用电阻分压器来检测 DC-DC变换器输出端的电压。当系统处于下坡减速或刹车制动时，电动机处于发电状态，那么机端反电势就大于DC-DC变换器的输出电压，也就是电阻分压器检测到的比较电压大于给定的参考电压，使得比较器翻转，引脚1输出为高电平，它迫使三极管Q1导通，将开关管Su的门极信号下拉到低电平;另外，同样由于分压器提供给UC3842A引脚2的电压超出芯片一内部的参考电压大小，它立即关断UC3842A向外的脉冲输出。这两者很安全地封锁了开关管Su。同时，比较器引脚1的高电平进入多谐振荡器的引脚4，开启了多谐振荡电路，使整个系统进入到能量回馈状态下。

图4 检测及互锁控制电路

　　4 主电路智能功率模块IPM

　　在本系统中，三相逆变电路具有非常重要的作用，它不仅为鼠笼异步电机提供电源电压，而且还要对电机进行变频调速控制。在以往，逆变电路主要采用6个分离的IGBT单元来搭建，需要对每个IGBT单元提供驱动电路、过热保护电路、过流保护电路，它们要和整个主回路的过压、短路保护电路及 IGBT单元相匹配，使得变频逆变电路的设计具有相当的难度。然而随着智能功率模块（IPM）的出现，这种局面得到了巨大地改变，尤其近几年内，IPM正在逐步取代普通IGBT模块。

　　IPM模块是以IGBT芯片为主体，将芯片及其门极驱动、控制和过流、过压、过热、短路、欠压锁定等多种保护与故障检测电路集成于一体的高性能大功率器件，具有结构紧凑、体积较小、性能稳定、工作可靠、价格适中等优点。因此，结合电动车驱动装置的基本要求，本系统中选择三菱公司生产的IPM 模块PS21255-E作逆变电路。

　　在PS21255-E模块中，下桥臂的三个管子的漏极在同一点上，该点通过一个小的电流检测电阻与系统的地相连，可直接用以系统地为参考点的+15V电源进行驱动控制，但是上桥臂三个管子的漏极不在地点，需要通过外部电路，在下桥臂管子导通时，下桥臂的+15V驱动电源同时给外部电容充电，当下桥臂断开后，电容两端保持+15V的电压降，且其低电势一端正好与上桥臂IGBT管的漏极相连，因此就实现了上桥臂IGBT管门极电压比漏极高的自举功能，很好地实现上桥臂管子的驱动。

　　5 系统加减速

图5 加减速控制逻辑流程图

　　本系统采用SA866AE/AM芯片的VMON和IMON两个引脚进行加减速控制，控制流程如图5所示。①如果VMON有效（即 VMON≥0.5VDD），则加减速指令无效，该条件具有最高优先，它可防止过度减速时再生能量通过功率管而导致过电压。通常 VMON<0.5VDD时，可以进行加减速调节。②如果IMON有效，无论UP、DOWN处于什么状态，瞬时频率都会被降低到预先设置的减速频率水平上，若在瞬时频率降到0时，IMON≥VDD，则PWM脉冲输出截止，此时不能进行任何加减速操作。该条件的优先权比VMON低，它可以防止加速过高导致过流过热损坏开关管。③当上述二者都无效时，运算法则将综合比较器的输出逻辑、DIR引脚控制和计数器信号，一起得出最后的调速控制。

　　6 SA866AE/AM与EEPROM参数设定

　　SA866AE/AM的串行三线接口可与256位或1024位的串行EEPROM连接，如93C06或93C46。所有的参数存储在EEPROM中，复位以后通过串行接口自动下载。本系统拟采用93LC46进行参数存储，与SA866AE/AM的接口如图6所示。

图6 SA866AE/AM与EEPROM结构图