【48812】依据高速IGBT的100kHz高压-低压DCDC转换器

  ：本文剖析了一种依据高速IGBT的软开关移相全桥带同步整流的DC/DC转换器。移相全桥拓扑的软开关技能是混合动力轿车和电动轿车高压-低压DC/DC转换器的干流关键技能。业界前期运用MOSFET作为主功率单元，跟着该DC/DC转换器的功率需求慢慢地增大，依据MOSFET的规划体系功率急剧下降，现已不能够满意运用要求。本文选用英飞凌第三代高速IGBT和快速二极管功率模块F4-50R07W1H3作为DC/DC转换器中心主功率单元，选用无核传感技能的驱动芯片1ED020I12FA2，使开关器材作业在100kHz的软开关

  摘要：本文剖析了一种依据高速IGBT的软开关移相全桥带同步整流的DC/DC转换器。移相全桥拓扑的软开关技能是混合动力轿车和电动轿车高压-低压DC/DC转换器的干流关键技能。业界前期运用MOSFET作为主功率单元，跟着该DC/DC转换器的功率需求慢慢地增大，依据MOSFET的规划体系功率急剧下降，现已不能够满意运用要求。本文选用英飞凌第三代高速IGBT和快速二极管功率模块F4-50R07W1H3作为DC/DC转换器中心主功率单元，选用无核传感技能的驱动芯片1ED020I12FA2，使开关器材作业在100kHz的软开关状态下，用以评价代替超级结场效应管(Super-junction MOSFET)的可行性，为未来更大功率的DC/DC转换器供给根底解决计划。试验标明，在220V到400V的宽规模内，输出14V 145A的全规模功率均可达90%以上，证明第三代高速IGBT是这个未来商场的干流计划之一。

  DC/DC变换器是电动轿车、混动轿车等新能源轿车中不可或缺的辅佐性电子设备，它替代了传统轿车原有的发动机经过皮带带动的发电机，给车辆电压12V网络供电。完成了车辆推动体系和辅佐供电体系的别离。为进步整车体系功率供给了便当条件。它的输入是高压储能动力电池体系，输出是低压12伏电源网络，因而叫做高压-低压DC/DC变换器(HV-LV DC/DC Converter)，见图1。该DC/DC变换器一般功率为1~3kW[1]。

  零电压开关的移相全桥是这一运用的通用拓扑[2-3]。这一拓扑结构见图2，其长处是经过移相调制使用体系寄生参数(变压器漏感Lleak和开关器材输出电容Coss)，并且这一软开关拓扑作业在定频的开关频率下，十分有利于器材寄生参数选取。

  典型的用于电动轿车与混合动力轿车的移相全桥转换器要求如下：高压输入来自于高压电池组，电压大约200V到400V;输出部分衔接低压电池和弱电负载，电压14V左右。表1给出该DC/DC转换器的典型目标。依据100kHz的开关频率和输入电压规模目标，现在这个运用的大都开关器材都是超级结场效应管(Super-junction MOSFET)[4]。IGBT本来多用于1kHz到20kHz的开关频率运用。跟着结构的改善，开关损耗下降，高速IGBT逐渐在更高的开关频率得以运用。本文依据这一前沿趋势，研讨这种改善的高速IGBT在高压到低压DC/DC中的100kHz开关运用。

  本文结构如下：第一章论说高频开关作业的IGBT现状;第二章论说该高压到低压DC/DC转换器的详细规划的详细计划;第三章展现试验成果，包含开关细节波形和功率测验。

  超级结技能的MOSFET依据电荷补偿原理，早在1998年就进入商场[5]，在600V耐压等级的运用场景规模里构成一场革新。其最重要的长处是它在寄生二极管的有源层中选用了笔直PN细条的三维结构，它能保持相同的阻断电压，可是因为减小了笔直PN条的宽度，导通电阻得以成份额的减小。选用这样的解决方法，单位面积导通电阻可下降5-10倍。在超级结技能发生之前，在600V耐压等级运用领域不可避免地会运用具有优秀导通损耗的IGBT。而限于IGBT特有的拖尾电流和由此导致的开关损耗，开关频率一直在20kHz以下。两种其时干流的IGBT(PT和NPT)都存在这种拖尾电流[6]。

  改动这一现象的标志性技能进步由沟槽栅场停止结构IGBT(英飞凌制作)和软穿通结构IGBT(ABB制作)完成[7]。沟槽栅场停止结构IGBT诞生于2000年[8]，改善了IGBT的关断拖尾电流波形。这以后沟槽栅场停止结构IGBT依据不同的运用场合被逐渐优化。优化的IGBT作业在20kHz到40kHz的开关频率运用于电焊机、太阳能逆变器和UPS方面[9]。英飞凌于2010年发布了为高频硬开关优化的600V沟槽栅场停止结构IGBT，又在2012年发布了一系列用于不同运用领域的沟槽栅场停止结构IGBT[10-11]。这些新式IGBT的诞生，为本文的100kHz开关移相全桥拓扑供给了根底条件。