二、后級電源無需解決反饋問題，采用開環(huán)控制，避免了隔離信號反饋的麻煩。因為乘用車設(shè)備的工況惡劣，工作溫度變化范圍非常大，傳統(tǒng)的線性光耦等器件受溫漂影響精度大幅降低，溫漂補(bǔ)償器件又成本很高，這種方式有效避免這一弊端。

2.2 后級半橋開關(guān)電源設(shè)計

前級電源屬于典型定壓設(shè)計，無需給出設(shè)計原理，本文重點介紹后級半橋電路。具體原理圖見圖2和圖3。圖2為采用汽車級定時器電路設(shè)計的50%占空比信號發(fā)生器，用于給半橋開關(guān)電源提供控制信號，其中R49可以用來調(diào)整開關(guān)頻率，一般可以設(shè)定在70kHz到300kHz之間，頻率選擇主要根據(jù)電路板實際空間尺寸和變壓器的伏秒積進(jìn)行折衷選取。

從變壓器計算伏秒積的公式為：

ET=V*D/f_sw（4）

V為加在變壓器上的電壓，D是占空比，f_sw是開關(guān)頻率。本設(shè)計選擇了一顆ET值達(dá)44Vusec的變壓器，因此開關(guān)頻率設(shè)置較低，為120kHz。

圖2：50%占空比信號發(fā)生電路

圖3為半橋開關(guān)電源電路。此電路采用一顆IR的汽車級半橋芯片IRS2004S作為驅(qū)動，并聯(lián)兩個由Infineon BSR302N組成的并聯(lián)半橋電路。采用匝比為1：1.25的通用變壓器，經(jīng)過倍壓整流得到+15V電壓，經(jīng)過普通整流得到-8V電壓。每個變壓器用于給一個IGBT驅(qū)動供電。在變壓器原邊串聯(lián)入汽車級EMC磁珠，可以有效抑制開關(guān)產(chǎn)生的電壓尖峰，器件具體信息見附錄表1。IGBT門極是一種容性負(fù)載，每次開關(guān)都伴隨著較高瞬態(tài)電流，即前文計算的峰值驅(qū)動電流，因此需要一種紋波電流能力強(qiáng)的長壽命電容，每路電源采用4.7uF X7R汽車級多層陶瓷電容，實現(xiàn)瞬態(tài)電壓支撐。X7R多層陶瓷電容具有封裝小，ESR低，允許紋波電流大，溫度降低容量衰減少等優(yōu)點。

圖3：半橋開關(guān)電源電路原理圖

3.測試結(jié)果

實際測試條件為，后級輸入定電壓16.5V，輸入電流0.67A，IGBT開關(guān)頻率10kHz，信號為SVPWM，開關(guān)電源工作頻率120kHz，室溫條件。經(jīng)簡單計算可知，每路功耗1.84W，與理論計算相符合。

選取高占空比和低占空比兩個工況，觀察相關(guān)信號的波形，見圖4和圖5。其中橙色的1通道顯示低壓側(cè)驅(qū)動輸入信號，粉色2通道顯示-8V電源輸出端的波形，藍(lán)色3通道顯示+15V電源輸出端波形，綠色4通道顯示門極輸出波形。

在IGBT開通時刻，由于電源電容電荷迅速通過門極電阻轉(zhuǎn)移到門極，時間一般只有1~3us，產(chǎn)生+15V電源上的電壓跌落，但是很快就可以恢復(fù)到平臺電壓。同理，在IGBT關(guān)斷時刻，也會使-8V電源產(chǎn)生電壓跌落。這種跌落是不會引起IGBT開通或關(guān)斷的不良反應(yīng)，因此是可以接受的。對比圖4和圖5也能夠發(fā)現(xiàn)，占空比大小不會影響電壓跌落的幅值和持續(xù)的時間，這是因為IGBT的門極是容性負(fù)載。

圖4和圖5中還能看到，在IGBT關(guān)斷時刻使開通電壓波形產(chǎn)生了一個的尖峰，由于此時開通電壓電源處于瞬時空載狀態(tài)，不會對驅(qū)動控制產(chǎn)生影響。整體上看，原邊的低壓弱電信號和副邊的低壓強(qiáng)電信號都沒有受到開關(guān)電源自身開關(guān)頻率上的干擾。

圖4：高占空比波形圖