摘 要：設計一款 60KW 的電機驅動控制器，產品的功能、性能及成本等都能達到客戶的需求，還要在市場上有競爭力。根據客戶要求再開發一款中型物流車車用電機 控制器，該控制器低壓部分電源為輸入 12V，高壓驅動電路輸入是直流 360V

輸出交 流有效值約 250V，功率 60KW，效率>95%。在控制電路和驅動電路上做了一些優化， 超過了預期的設計目標要求

關鍵詞：控制器；IGBT；新能源；旋變解碼芯片

1.引言 

由于有了“15KW 電機控制器”上個項目經驗，產品的功能、性能及成本等都能 達到客戶的需求市場表現也比較優越，還為公司爭取到了不錯的名聲和積累了一些 寶貴的關鍵技術。根據客戶要求

再開發一款中型物流新能源車車用電機控制器，該控 制器低壓部分電源為輸入 12V，高壓驅動電路輸入是直流 360V,輸出交流有效值約 250V，功率 60KW，效率>95%。無疑該項目難度比 15KW 電機控制器難度大。針對該項 目的設計需求，本人在原有的“15KW 電機控制器”基礎上進行技術上的改進等等， 最終達到客戶的需求和市場的認可

2.關鍵技術

2.1 驅動電路 IGBT 模塊化，減小寄生參數、實現均流平衡技術

為了能夠使電機控制器達到輸出功率 60KW，用 IGBT 單管并聯方案很難達到設計 指標本人在方案上采用了 IGBT 模塊化技術。常用的 IGBT 并聯方案是輸入并聯，輸 出也并聯但是它的問題比較多，如：

1、IGBT 的寄生參數太大，大功率時不可忽略， 增加了設計與生產成本

2、并聯方案的均流技術不好實現或很難實現，假設 A 和 B IGBT,流過 A 的電流很少

流過 B 的電流較大，長時間工作 B 號 IGBT 燒壞的可能性遠 遠增大，使整車風險性增加

本項目采用的是驅動 IGBT 模塊化方案：三項六橋臂加上 NTC 溫度采樣。該方式的優點是：

1、IGBT 寄生參數大大減小

2、不存在均流問 題

3、晶圓旁邊或內部集成了 NTC 溫度采樣，IGBT 保護更齊全、更安全

4、驅動 電路更安全、更簡單。從圖 2 和圖 4 可以看出需要注意的問題：

1、分立器件插件器件特別多，貼片后需要波峰焊，貼片工藝難度增大，成本增 加

 2、分立器件散熱結構件比較復雜，裝配難度增加。

3、分立器件寄生參數比較大，PCB LAYout 布局等等比較復雜

耐壓、電流、高 壓隔離、驅動能力、EMI 問題都要考慮進去，布線更難

4、由于器件比較多，特別插件器件多，低壓信號和高壓信號不能更好的隔離

 布線難度增加，插件器件多導致散熱主要通過控制器殼體進行散熱，控制器結構難度 增加

圖 1 為三個英飛凌單管（型號：IGBTFGY120T65SPD-F085）并聯方案，

它們為電 機 H 橋驅動電路三項六橋臂的其中一個橋臂，此方案的優點：

1、價格便宜 2、體積 小 3、市場競爭力大

缺點：

1、各單管 IGBT 均流問題不好解決，很容易導致某個管 子過電流過大而燒壞，導致整個驅動系統被燒壞出現異常

2、寄生參數比較多，比 如寄生電容、寄生電感等等，由于這些寄生參數 IGBT 續流二極管和 Vce 的尖峰電壓 

不得不考慮進去，這些寄生參數很容易導致 IGBT 失效

3、支撐 IGBT 的結構體設計 比較復雜，生產組裝工序復雜，測試比較繁瑣，量產效率比較低

4、分立的 IGBT 共需要 18 個,PCBlayout 布局比較復雜，layout 考慮的因素非常多

圖 3 為用英飛凌 IGBT 集成模塊（HPDrive）搭建的電機 H 橋驅動電路，此方案設 計實施的優點為：

1、集成化比較高，一個模塊自帶 H 橋的三項六橋臂即 6 各 IGBT 集成在一體并且 晶圓自帶 NTC 負溫度系數的熱敏電阻可以時刻偵測 IGBT 晶圓內部的溫度。由于集 成度較高，使得驅動電路設計更簡單方面；控制器散熱更優越，體積更小為其他整 車部件預留更多的空間，如：BMS、DCDC、高壓配電柜等等

2、寄生參數比較小，幾乎不受本體寄生參數的影響，如寄生電容、寄生電感等 等。進一步減小驅動電路設計難度較小的成本實現強大穩定的功能，更容易實現穩 定、安全、可靠的電機驅動電路

3、Ic 持續通電流能力比較大可以達到 450A,CE 兩端的電壓可以達到 650V可以 同時滿足新能源乘用車、小型物流車、甚至重卡的需求，即一款控制器電路可以匹配 多種功率的電機大大縮短新項目研發、調試、試驗、生產等周期。由于不同款的控 制器用的器件、結構件基本相同倉庫物料管理也會更簡單，更容易管控成本，市場 競爭力也會更強

4、散熱問題比較容易解決，IGBT 背面自帶集成散熱片，可以直接扣在控制器外 殼的水槽內散熱不需要做特殊的處理，直接利用整車的現有冷卻液散熱就可以

 5、IGBT 集成度高 PCBlayout 布局比較容易，layout 考慮點減少

 6、交流 2.5KV 的絕緣強度，高功率的密度，做絕緣處理的銅底板

2.2 驅動電路 IGBT 短路保護功能技術

下圖 5 所示，當 IGBT 短路過流時，驅動芯片的 3pin Desat 會提供一個恒流源， 經過電阻 R300高壓隔離二極管 D300,在經過 IGBT 的 CE 流經到驅動芯片的 4pinGND。 直到 IGBT 的 Vce 管壓降到 9v 時此時對去飽和電容進行充電到 9v，芯片內部會做 封波處理以保護 IGBT 防止因為短路過流過熱而燒壞晶圓當去包和電容 C300 升高到 9v 時，驅動芯片 7pin 輸出為低電平，通過三極管搭建的推挽短路上 N 管 Q300 和下 P 管 Q301,去關閉 IGBT。這時，驅動芯片 16pin FLT 故障輸出低電平被激活，送到單片 機處理反饋到新能源整車的 VCU 做下一個動作的處理。驅動芯片輸出 16Pin （FLT） 輸出低電平即封波，此時 IGBT 關閉硬件電路設計去飽和電容 C300 驅動芯片消隱時 間用來為 IGBT 從放大到飽和預留出足夠的時間

消隱時間是由驅動芯片內部一個高 精度的電流源和外部電容 C300 提供的。這個技術的應用保護了控制器即新能源汽 車的核心器件 IGBT 不被燒壞，為整車的安全穩定運行提供了保障

完整版技術文檔點擊文章開頭普通下載