電力電子技術(shù)課程設(shè)計-mosfet降壓斬波電路設(shè)計純電阻負載(編輯修改稿)
2024-10-08 16:27 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 式中 : tC , tR 分別是與腳 腳 6 相連的振蕩器的電容和電阻； dR 是與腳 7 相連的放電端電阻值。根據(jù)任務(wù)要求需要頻率為 5kHz，所以由上式可取 tC = μF, tR = ?k1 , dR = ?75 ?？傻?f=5kHz，滿足要求。 5 圖 5. 控制電路 SG3525 有過流保護的功能，可以通過改變 10 腳電壓的高低來控制脈沖波的輸出。因此可以將驅(qū)動電路輸出的過流保護電流信號經(jīng)一電阻作用，轉(zhuǎn)換成電壓信號來進行過流保護，同理也可以用 10 端進行過壓保護，如圖 5 所示 10 端外接過壓過流保護電路。當驅(qū)動電路檢測到過流時發(fā)出電流信號，由于電阻的作用將 10 腳的電位抬高，從而 114 腳輸出低電平，而當其沒有過流時， 10 腳一直處于低電平，從而正常的輸出 PWM波。 SG3525 還有穩(wěn)壓作用。 1 端接芯片內(nèi)置電源， 2 端接負載輸出電壓，通過 1 端的變位器得到它的一個基準電位，從而當負載電位發(fā)生變化時能夠通過 2 所接的誤差放大器來控制輸出脈寬的占空比，若負載電位升高則輸出脈寬占空比減小，使得輸出電壓減小從而穩(wěn)定了輸出電壓，反之則然。調(diào)節(jié)變位器使得 1 端得到不同的基準電位，控制輸出脈寬的占空比，從而可使得輸出電壓為 20V90V 范圍。 本控制電路是以 SG3525 為核心構(gòu)成 ,SG3525 為美國 Silicon General 公司生產(chǎn)的專用，它集成了 PWM 控制 電路 ,其內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)及各引腳功能如圖 所示 ,它采用恒頻脈寬調(diào)制控制方案 ,內(nèi)部包含有精密基準源 ,鋸齒波振蕩器 ,誤差放大器 ,比較器 ,分頻器和保護電路等 .調(diào)節(jié) Ur 的大小 ,在 11,14兩端可輸出兩個幅度相等 ,頻率相等 ,相位相差 , 占空比可調(diào)的矩形波 (即 PWM 信號 ).然后，將脈沖信號送往芯片 HL402，對微信號進行升壓處理，再把經(jīng)過處理的電平信號送往 MOSGRT，對其觸發(fā)，以滿足主電路的要求。 6 圖 芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 四 . MOSFET 驅(qū)動電路設(shè)計 驅(qū)動 電路方案選擇 該驅(qū)動部分是連接控制部分和主電路的橋梁 ， 該部分主要完成以下幾個功能 ： (1)提供適當?shù)恼蚝头聪蜉敵鲭妷?， 使電力 MOSFE 管可靠的開通和關(guān)斷 ； (2)提供足夠大的瞬態(tài)功率或瞬時電流 ， 使 MOSFET能迅速建立柵控電場而導(dǎo)通 ； (3)盡可能小的輸入輸出延遲時間 ， 以提高工作效率 ； (4) 足夠高的輸入輸出電氣隔離性能 ， 使信號電路與柵極驅(qū)動電路絕緣 ； (5)具有靈敏的過流保護能力。 而電力 MOSFET 是用柵極電壓來控制漏極電流的 ， 因此它的第一個顯著特點是驅(qū)動電路簡單 ， 需要的驅(qū)動功率小 ； 第二個顯著特點是開關(guān)速 度快、工作頻率高。但是電力MOSFET電流容量小 ， 耐壓低 ， 多用于功率不超過 10Kw 的電力電子裝置。 在功率變換裝置中 ,根據(jù)主電路的結(jié)構(gòu) ， 起功率開關(guān)器件一般采用直接驅(qū)動和隔離驅(qū)動兩種方式 .美國 IR公司生產(chǎn)的 IR2110驅(qū)動器 ， 兼有光耦隔離和電磁隔離的優(yōu)點 ， 是中小功率變換裝置中驅(qū)動器件的首選。 根據(jù)設(shè)計要求、驅(qū)動要求及電力 MOSFET 管開關(guān)特性 ,選擇驅(qū)動芯片 IR2110 來實現(xiàn) 7 驅(qū)動。 芯片 IR2110 管腳及內(nèi)部電路圖如下圖 4所示 。 圖 4 IR2110 管腳及內(nèi)部電路圖 驅(qū)動電路原理 IR2110 內(nèi)部功能由三部分組成 ： 邏輯輸入 、 電平平移及輸出保護。 IR2110 驅(qū)動半橋的電路如圖所示 ， 其中 C1， VD1分別為自舉電容和自舉二極管 ， C2為 VCC的濾波電容。假定在 S 關(guān)斷期間 C1已經(jīng)充到足夠的電壓 （ VC1 VCC） 。 當 HIN 為高電平時如下圖 42 ， VM1開通 ， VM2關(guān)斷 ， VC1加到 S1的柵極和源極之間 ，C1 通過 VM1， Rg1和柵極和源極形成回路放電 ， 這時 C1就相當于一個電壓源 ， 從而使 S1導(dǎo)通。由于 LIN與 HIN是一對互補輸入信號 ， 所以此時 LIN為低電平 ， VM3關(guān)斷 ， VM4導(dǎo)通 ，這時聚集在 S2柵極和源極的電荷在芯片內(nèi)部通過 Rg2迅速對地放電 ， 由于死區(qū)時間影響使 S2 在 S1 開通之前迅速關(guān)斷。 1V M 1653121V M 40V M 30V M 27C 2R g 2S 2S 1V HR g 1V C CV D 1V BC 1 圖 5 IR2110 驅(qū)動半橋電路 設(shè)計驅(qū)動電路如圖 6所示 . 8 圖 6驅(qū)動電路圖 五 .電路各元件的參數(shù)設(shè)定 MOSFET 簡介 MOSFET 的原意是： MOS（ Metal Oxide Semiconductor 金屬氧化物半導(dǎo)體）， FET（ Field Effect Transistor 場效應(yīng)晶體管），即以金屬層（ M）的柵極隔著氧化層（ O）利用電場的效應(yīng)來控制半導(dǎo)體（ S）的場效應(yīng)晶 體管。 功率場效應(yīng)晶體管也分為結(jié)型和絕緣柵型 ,但通常主要指絕緣柵型中的 MOS 型（ Metal Oxide Semiconductor FET） ,簡稱功率 MOSFET（ Power MOSFET）。結(jié)型功率場效應(yīng)晶體管一般稱作靜電感應(yīng)晶體管（ Static Induction TransistorSIT）。 其特點是用柵極電壓來控制漏極電流，驅(qū)動電路簡單，需要的驅(qū)動功率小，開關(guān)速度快，工作頻率高，熱穩(wěn)定性優(yōu)于 GTR，但其電流容量小，耐壓低，一般只適用于功率不超過 10kW的電力電子裝置。 功率 MOSFET 的種類：按 導(dǎo)電溝道可分為 P溝道和 N溝道。按柵極電壓幅值可分為；耗盡型；當柵極電壓為零時漏源極之間就存在導(dǎo)電溝道，增強型；對于 N（ P）溝道器件，柵極電壓大于（小于）零時才存在導(dǎo)電溝道，功率 MOSFET 主要是 N溝道增強型
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