电动汽车igbt

1、谁能提供关于电动汽车驱动系统的设计方案？包括控制部分及功率部分的。

网上看到一篇文章，主控芯片用tms320lf2407a dsp芯片，IGBT模块用infineon公司的bsm300gb600dlc，IGBT驱动电路用落木源公司的TX-KA101，是05、06年的文章，应用应该比较成熟了，转贴给你供参考。
贴不上图，具体内容你再网上再搜搜。

《基于F2407aDSP的全数字混合动力电动汽车驱动系统的设计》

关键字：混合动力电动汽车、驱动、F2407A、bsm300gb600dlc、TX-KA101、bldcm

1 引言
随着城市环境污染问题的日益严重，汽车尾气的控制越来越受到人们的重视，很多国家都开展了电动汽车的研究。但是电动汽车存在续驶里程短、动力性能差等弱点，加之成本太高，目前还无法大批量投入市场。为了兼顾传统燃油汽车和电动汽车的优点，国内外都开始进行混合动力汽车的研究。混合动力电动汽车是目前解决低排放、大幅度地降低污染最有效最现实的一种环保交通工具，它不仅具有续驶里程长的优点，还能发挥出更好的动力性能。混合动力电动汽车同时拥有电机驱动和内燃机驱动，对电机驱动系统不仅要求具有较高的重量比功率，而且既能作电动机运行，还能作发电机运行。
本文所介绍的混合动力系统采用tms320lf2407a dsp芯片构成主控制器，同时选用infineon公司的bsm300gb600dlc igbt模块作为功率器件，选用北京落木源公司的TX-KA101作为IGBT驱动芯片。实现了基于无刷直流电机(brushless dc motor, bldcm)的控制系统。实验结果表明，该系统设计合理，性能可靠。

2 bldcm的控制原理
bldcm转子采用永磁体激磁，功率密度高，控制简单，调速性能好，既具备交流电动机的结构简单、运行可靠、维护方便等特点，又具备直流电机的运行效率高、无励磁损耗以及调速性能好等诸多优点，故广泛应用于车辆驱动，家用电器等方面。
如图1所示，通常的无刷直流电机具有120°的反电动势波形，在每相反电动势的最大处通入电流，就能产生恒定的电磁转矩，其转矩表达式如下式。

图1 三相反电势和电流波形

(1)

其中td是电机的电磁转矩，ea、eb、ec分别是每相的反电动势，ia、ib、ic分别是每相的电流值，ω是电机的角速度。因此，当电机反电动势纯梯形分布时，其力矩与电流的大小成正比。但是，通常情况下电机的反电动势不是纯梯形分布，另外，由于电机绕组电感的存在使得电流在换相时存在脉动，从而造成较大的转矩脉动。已有大量的文献对bldcm的换相转矩脉动抑制进行了讨论。bldcm调速中另一个必须知道的是电机转子轴位置，一般通过检测电机的霍尔信号来获得，并以此进行电机的换相控制。

3 主电路以及控制策略

图2 驱动系统主电路
图2是整个系统的主电路图，本系统中，bldcm的驱动采用了buck＋full_bridge的电路结构。与常规三相桥的驱动方式不同，通过控制buck电路的输出电流，即电感l1上的电流来使bldcm获得近乎直流的电流，以此来获得尽可能好的力矩控制效果。图3(a)、(b)、(c)分别是电感l1，电容c0以及电机母线端电流波形。
下面来分析该电路的工作原理。
(1) 正向电动模式
此时t1工作于开关状态，t2不导通，d2作为buck电路的二极管。通过控制电感l1上的电流和电容c0上的电压可以实现电路的恒流、恒压控制。此时，后端的full_bridge电路根据电机的三相霍尔信号进行换相控制，其开关工作在低频条件下。通过对电感l1电流的控制可以减少电机启动时的冲击电流，减少启动转矩的脉动。

图3 恒流控制下各元件电流波形
(2) 反向充电模式
当整个系统的内燃机开始工作后，后端bldcm处于发电状态。此时t2工作于开关状态，t1不导通，d1作为boost电路的二极管工作。通过控制boost电路的输出电压和电感l1上的电流可以使电路工作于恒压、恒流等模式，从而实现对蓄电池的恒压限流、恒流和浮充三段式充电方式。此时后端的三相桥电路工作于不控整流状态下。
(3) 制动模式
当车辆需要停止或刹车时，通过反向对蓄电池充电来进行制动，其工作方式与反向充电模式类似。此时电机内相反电动势与相电流反相位，其电磁转矩起制动作用，从而可以使电机很快的停下来。

4 系统软硬件设计
4.1 软件设计
f2407a控制程序由3个部分组成:主程序的初始化、pwm定时中断程序和dsp与周边资源的数据交换程序。
(1) 主程序
主程序先完成系统的初始化、i/o口控制信号管理、dsp内各个控制模块寄存器的设置等，然后进入循环程序，并在这里完成系统参数的保存。
(2) pwm定时中断程序
pwm定时中断程序是整个控制程序的核心内容，在这里实现电流环、速度环采样控制以及bldcm的换相控制、pwm信号生成、电感连续、断续控制，工作模式的选择，软件过流、过压的保护，以及与上位控制器的通讯等。中断控制程序周期为50μs，即igbt开关频率为20khz。其中每个开关周期完成电流环的采样和开关信号的输出，每20个开关周期完成一次速度环控制。pwm控制信号采用规则采样pwm调制方法生成。
(3) 数据交换程序
数据交换程序主要包括与上位机的通讯程序、eeprom中参数的存储。其中通讯可以采用rs-232或can总线接口，根据特定的通讯协议接受上位机的指令，并根据要求传送参数。eeprom的数据交换通过dsp的spi口完成。
4.2 硬件设计
(1) dsp以及周边资源
整个系统的控制电路由f2407a+gal组成。其中gal主要用于系统io空间的选通信号以及开关驱动信号的输出控制等。f2407a作为控制核心，接受上位机信息后判断系统的工作模式，并转换成igbt的开关信号输出，该信号经隔离电路后直接驱动igbt模块给电机供电。另外eeprom用于参数的保存和用户信息的存储。
(2) 功率电路
系统的功率器件选用了infineon公司bsm300 gb600dlc igbt模块，其内部集成2个igbt开关管，耐压600v，耐流300a。驱动选用北京落木源公司的TX-KA101 igbt驱动芯片，内含三段式的过流保护电路。系统的辅助电源采用反激式开关电源，主要供电包括系统所有开关管的驱动电源，f2407a和gal以及其他控制芯片的电源和采样lem以及三相霍尔的工作电源。
(3) 采样电路
本系统需要采样电感l1上的电流，另外需要对蓄电池电压和电机端输入电压进行采样，从而完成电路的恒流、恒压等控制功能。采样电路采用霍尔传感器并经模拟电路处理在0~3.3v的电压范围内，再送入f2407a的ad采样口。
(4) 转子位置检测电路
电机位置反馈采用双极性锁存型霍尔元件，在电机的每相绕组处都安放一个元件。霍尔信号根据电机转子磁极的极性来产生方波信号。霍尔元件安放的位置通常有60°和120°之分。f2407a通过判断方波信号跳变的极性来获取换相信息，同时记录方波脉冲的个数来计算电机的转速，从而实现电机速度的闭环控制。
(5) 保护电路
系统的保护分为软硬件保护，由于硬件保护速度较快，通常用于驱动信号的直接封锁。从保护等级来分，可以分系统级保护和驱动级保护，其中，驱动级保护是通过igbt驱动芯片TX-KA101特有的保护功能来实现的。系统级保护包括控制器的过流、过压、欠压，过温以及霍尔元件故障等保护。

5 实验结果
实验中采用了宁波欣达集团乐邦电机厂的bldcm，其额定功率为50kw，最大功率100kw，额定转矩212n·m，额定转速2300r/min，额定电流214a。额定电压336v，通过蓄电池组供电。整个驱动系统采用f2407a dsp芯片控制，其开关频率为20khz,电感l1=75μh，电容c0=100μf。功率模块选用infineon公司的bsm300gb600dlc低损耗igbt模块，其内部是一个半桥电路，具有低引线电感的封装结构。系统散热采用水冷。图4是正向电动时电感l1上的电流，此时电流连续，图5是电流连续时二极管d2两端的电压波形，可以看出几乎没有尖峰电压。图6是电感电流不连续时的波形，图7是电流断续时二极管d2两端电压波形。图8是电机轻载时的相电流波形，其电流较为平稳。图9，图10分别是igbt在导通和关断时的电压波形，其开关时间都在100ns左右，且关断时没有尖峰电压。

图4 正向放电电流连续波形

图5 电流连续时二极管电压结论

图6 正向放电电流断续波形

图7 电流断续时二极管电压

图8 电机相电流波形

图9 igbt导通时的电压波形

图10 igbt关断时的电压波形

6 结束语
本系统控制上采用dsp的数字结构，电路设计简单，紧凑，满足了大功率bldcm的实时控制要求。同时全数字化的控制，使系统在控制精度、功能和抗干扰能力上都有了很大程度的提高。整个系统不仅具有正向电动的功能，同时具有反向充电和制动功能。实验结果表明该系统设计合理，适应混合动力电动汽车的应用要求。

2、电动汽车制动馈电时igbt反向导通吗

市场上绝大多数的IGBT 都是有反并联二极管的，所以可以说任何时候都不存在IGBT的反向导通的问题；

关于IGBT的反并联二极管何时导通，取决于运行象限（四象限运行）和调制比 等因素；

IGBT在驱动 和 制动馈电时，工况无本质区别，只是IGBT和反并联二极管导通的时间比不同；

3、比亚迪和日野成立合资公司 或意在扩大全球纯电商用车市场份额

10月21日，比亚迪宣布和日野自动车株式会社（日野）签署合资协议，将成立一家新的公司来开发纯电动商用车（BEVs）。

这是继4月与丰田汽车成立合资纯电动车研发公司之后，比亚迪今年成立的第二家合资公司。

此次比亚迪与日野的合作，目的十分明确。比亚迪获得日野在品牌和传统商用车方面的技术积淀和竞争优势，而日野则可以在日渐扩大的中国纯电商用车市场提升份额。

新合资公司计划于2021年在中国成立，比亚迪和日野集团各出资50%；该公司将在2025年前，推出日野品牌的纯电动商用车。

纯电动商用车发展向好

在与日野联手之前，比亚迪在新能源商用车领域已经布局广泛。

比亚迪目前掌握电池、IGBT、电机、电控等电动车的核心技术，可提供包括乘用车、商用车、叉车等新能源车以及动力电池在内的新能源整体解决方案。

在纯电动商用车领域，比亚迪的产品线覆盖纯电动客车、纯电动卡车等电动化产品。目前，比亚迪生产的纯电动客车K9运营足迹超过50个国家和地区、300个城市,销量超过5万台，纯电动大客车(10米以上)累计销量居全球第一。

日野是日本一家极具影响力的商用车企业，致力于研发生产卡车和客车产品，先后推出了轻型电动客车和中型插电式混合动力客车。

双方联手后，同时也会进一步推进纯电动商用车的普及进程，同样也有助于扩大国内和国际两大市场份额。

另外，今年商用车市场延续了上升势头。9月份，中国市场重卡销13.6万辆环比增长5%，同比增长63%。而且，前三季度销122万辆已超去年全年，这意味着纯电动商用车市场也将逐渐迎来市场爆发期。

事实上，借助于日野的成熟渠道，双方还可以进军国际市场。

国际市场电动化加速

国际上，以欧盟为代表的各国政府的政策比国内制定的强制性政策更严格。未来几年内，全球商用车市场将进行一大规模的电动化产品替代，对比亚迪和日野这两个商用车巨头来说，这是一个机遇。

这或许更好理解，双方在半年内合作关系的迅速发展。

比亚迪目前掌握了先进的纯电动技术，生产的纯电动商用车覆盖全球50多个国家和地区的300座城市，纯电动客车累计销量突破5.5万辆。

不过销售渠道和推广资源等方面，比亚迪在国际市场上相对匮乏。而日野汽车遍布全球80多个国家和地区的销售网络，将会让双方合作研发的纯电动商用车加速推向全球市场。

无论是新兴市场的增量，还是存量市场的电动化替代，都是一块大蛋糕。

虽然全球市场较为广泛，也不乏竞争对手；但比亚迪和日野的合作中，比亚迪掌握全球先进的电池、电机、电控等核心技术，而日野汽车在商用车整车设计以及全球化运营上的丰富经验也极其宝贵。

双方通过合资将优势结合在一起，将对未来全球商用车市场的竞争格局产生深远影响。更重要的，通过与日野的战略合作，如果能借助日野在全球深耕布局了几十年的销售体系，比亚迪能一步到位地将专用车输出到全球各地的市场中。

总结：目前，随着比亚迪刀片电池、电控、电机技术的逐渐成熟，应用在商用车领域上推出更有市场竞争力的产品显得顺理成章。那么，借助日野汽车从上世纪80年代初开始在中国客车领域的市场地位以及其成熟的商用车整车设计、研发技术，以及海外市场的销售渠道，合资公司前景看好。

本文来源于汽车之家车家号作者，不代表汽车之家的观点立场。

4、一辆电动车里面需要多少个igbt模块

一般一个逆变器是三个半桥模块，也有六合一的就一个模块，如果两个电机，就要两个逆变器，那就要六个半桥模块或两个六合一的模块。

5、为什么说新能源汽车的核心是IGBT？

IGBT约占电机驱动系统成本的一半，而电机驱动系统占整车成本的15-20%，也就是说IGBT占整车成本的7-10%，是除电池之外成本第二高的元件，也决定了整车的能源效率。不仅电机驱动要用IGBT，新能源的发电机和空调部分一般也需要IGBT。 不仅是新能源车，直流充电桩和机车(高铁)的核心也是IGBT管，直流充电桩30%的原材料成本就是IGBT。电力机车一般需要 500 个IGBT 模块，动车组需要超过100个IGBT模块，一节地铁需要50-80个 IGBT 模块。三菱电机的HVIGBT已经成为业内默认的标准，中国的高速机车用IGBT由三菱完全垄断，同时欧洲的阿尔斯通、西门子、庞巴迪也是一半以上采用三菱电机的IGBT。

除了日系厂家，英飞凌包揽了几乎所有电动车的IGBT，而三菱电机则沉醉于中国高铁的丰厚利润中无法自拔，在低于2500V市场几乎一无所获。2016年全球电动车销量大约200万辆，共消耗了大约9亿美元的IGBT管，平均每辆车大约450美元，是电动车里除电池外最昂贵的部件。其中，混合动力和PHEV大约77万辆，每辆车需要大约300美元的IGBT，纯电动车大约123万辆，平均每辆车使用540美元的IGBT，大功率的纯电公交车用的IGBT可能超过1000美元。

什么是 IGBT?IGBT是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件。与以前的各种电力电子器件相比，IGBT具有以下特点：高输入阻抗，可采用通用低成本的驱动线路;高速开关特性;导通状态低损耗。IGBT兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点， 在综合性能方面占有明显优势，非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。对于混合动力，除驱动电机外，另外还有一个发电机，可以由汽车的发动机带动其发电，然后通过IGBT模块AC/DC转换后向电池充电。在DM车型中，该发电机还可以充当驱动电机的作用。IGBT最常见的形式其实是模块(Mole)，而不是单管。模块的3个基本特征：多个芯片以绝缘方式组装到金属基板上;空心塑壳封装，与空气的隔绝材料是高压硅脂或者硅脂，以及其他可能的软性绝缘材料; 同一个制造商、同一技术系列的产品，IGBT模块的技术特性与同等规格的IGBT 单管基本相同。

模块的主要优势有以下几个多个IGBT芯片并联，IGBT的电流规格更大。多个IGBT芯片按照特定的电路形式组合，如半桥、全桥等，可以减少外部电路连接的复杂性。多个IGBT芯片处于同一个金属基板上，等于是在独立的散热器与IGBT芯片之间增加了一块均热板，工作更可靠。一个模块内的多个IGBT芯片经过了模块制造商的筛选，其参数一致性比市售分立元件要好。模块中多个IGBT芯片之间的连接与多个分立形式的单管进行外部连接相比，电路布局更好，引线电感更小。模块的外部引线端子更适合高压和大电流连接。同一制造商的同系列产品，模块的最高电压等级一般会比IGBT 单管高1-2个等级，如果单管产品的最高电压规格为1700V，则模块有2500V、3300V 乃至更高电压规格的产品。晶圆上的一个最小全功能单元称为Cell，晶圆分割后的最小单元，构成IGBT 单管或者模块的一个单元的芯片单元，合称为IGBT的管芯。

一个IGBT管芯称为模块的一个单元，也称为模块单元、模块的管芯。模块单元与IGBT管芯的区别在最终产品，模块单元没有独立的封装，而管芯都有独立的封装，成为一个IGBT管。近来还有一种叫IPM的模块，把门级驱动和保护电路也封装进IGBT模块内部，这是给那些最懒的工程师用的，不过工作频率自然不能太高咯。单管的价格要远低于模块，但是单管的可靠性远不及模块。全球除特斯拉和那些低速电动车外，全部都是使用模块，只有特斯拉对成本的重视程度远高于对人命的重视程度。特斯拉Model X使用132个IGBT管，由英飞凌提供，其中后电机为96个，前电机为36个，每个单管的价格大约4-5美元，合计大约650美元。如果改用模块的话，估计需要12-16个模块，成本大约1200-1600美元。特斯拉使用单管的原因主要是成本，尤其是其功率比一般的电动车要大不少，加上设计开发周期短，不得不采用单管设计。相比宝马I3，采用英飞凌新型HybridPACK 2模块设计，每个模块内含6个单管型IGBT，750V/660A，电流超大，只需要两个模块即可，体积大大缩小，成本大约300美元。

6、IGBT有改变交流电频率的功能吗？我记得可以改变交流电频率的元件不是叫晶闸管吗？为什么电动汽车上用

你可以把IGBT理解为晶闸管的升级产品，它们的功能相似，即都是用来控制电流高频率地开闭。但晶闸管是半控元件（只能控制其何时导通，不能控制其何时截止），而IGBT是全控元件（导通和截止都能控制）。