电压自举电路的实现与应用

有的IPM内置了HVIC，无需光耦合器，就可从CPU直接接收控制信号。因为上桥臂有了HVIC，IPM控制电源只需要单路供电即可。这种单电源驱动方式称为电压自举，其工作电路称为电压自举电路。基于电容储能的电压自举电路利用电容对电荷的存储作用来实现电荷的转移，从而实现电压的提升和提供负载所需要的电流，其工作原理如图3-32所示。

HVIC的自举电路由自举电容C₁，自举电阻R₂和自举二极管VD₁组成，其电路基本工作过程为：当U_s因为下桥臂功率器件IGBT₂导通被拉低到接近地电位GND时，控制电源U_CC会通过R₂和VD₁给C₁充电，为上桥臂功率器件IGBT₁导通时所需要的驱动电压提供准备。当上桥臂导通，U_S上升到直流母线电压后，VD₁反向截止，从而将直流母线电压与U_CC隔离，以防止直流母线侧的高压窜到控制电源低压侧而烧坏器件。此时，C₁放电，并维持给上桥臂功率器件的栅极提供驱动电压。当U_S再次被拉低时，C₁将再次通过U_CC充电，以补充上桥臂导通期间C₁上损失的电压。

图3-32 电压自举电路工作原理

由上述分析可知，要保证C₁的跌落电压能够得到及时、完全的补充，自举电路对下桥臂最小导通时间有一定的要求，但是若能适当地选择各器件的参数，自举电路对下桥臂最小导通时间的限制将会大大降低。

自举电容C₁需要根据自举电容所能得到的最低充电电压来选择：

式中 I_D——HVIC的驱动电流；

t₁——IGBT₁的最大导通脉宽；(www.xing528.com)

ΔU_C——允许的放电电压。

考虑到分散特性和可靠性等，自举电容电容值的选择为上式计算值的2～3倍。

自举电阻R₂的作用是限制dU_C/dt，为了保证自举电容能够在下桥臂最小导通时间充电ΔU_C，应用下式计算R₂：

式中 t₀——IGBT₂最小导通脉宽。

自举二极管VD₁起到隔离直流母线高压和控制电源低压的作用，所以选择VD₁时应当重点考虑二极管耐压、反向截止时间和正向导通电压降几个参数。

最后，需要注意自举电容的初始充电过程，应当尽量避免采用下桥臂长时间开通的自举电容初始充电的方法，这是因为较大的电流会对控制电源器件造成一定的冲击。实际应用中，在IPM起动时，采用脉冲串给自举电容充电，直到自举电容充满。