直流斬波電路的仿真分析與實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案(編輯修改稿)
2025-05-23 07:21 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 于電力二極管可選擇額定電壓為60V電流為6A的二極管。3 控制電路設(shè)計(jì) 控制電路方案選擇 MOSFET控制電路的功能:有給變流器的電子開關(guān)提供控制信號(hào),以及對(duì)保護(hù)信號(hào)作出反應(yīng),關(guān)閉控制信號(hào)。脈寬調(diào)節(jié)器的基本工作原理是用一個(gè)電壓比較器,在正輸入端輸入一個(gè)三角波,在負(fù)輸入端輸入一直流電平,比較后輸出一方波信號(hào),改變負(fù)輸入端直流電平的大小,即可改變方波信號(hào)的脈寬。對(duì)于控制電路的設(shè)計(jì)其實(shí)可以有很多種方法，可以通過一些數(shù)字運(yùn)算芯片如單片機(jī)、CPLD等等來輸出PWM波，也可以通過特定的PWM發(fā)生芯片來控制。該設(shè)計(jì)中我選用PWM發(fā)生芯片——TL494芯片來進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。 TL494的引腳圖如圖31所示圖31 TL494引腳結(jié)構(gòu)圖 控制電路原理 TL494是一個(gè)固定頻率的脈沖寬度調(diào)制電路，內(nèi)置了線性鋸齒波振蕩器，振蕩頻率可通過外部的一個(gè)電阻和一個(gè)電容進(jìn)行調(diào)節(jié)。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖32所示輸出脈沖的寬度是通過電容CT上的正極性鋸齒波電壓與另外兩個(gè)控制信號(hào)進(jìn)行比較來實(shí)現(xiàn)。功率輸出管Q1和Q2受控于或非門。當(dāng)雙穩(wěn)觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)為低電平時(shí)才會(huì)被選通即只有在鋸齒波電壓大于控制信號(hào)期間才會(huì)被選通。當(dāng)控制信號(hào)增大輸出脈沖的寬度將減小。 控制信號(hào)由集成電路外部輸入，一路送至死區(qū)時(shí)間比較器，一路送往誤差放大器的輸入端。死區(qū)時(shí)間比較器具有120mV的輸入補(bǔ)償電壓，它限制了最小輸出死區(qū)時(shí)間約等于鋸齒波周期的4％，當(dāng)輸出端接地最大輸出占空比為96％，而輸出端接參考電平時(shí)占空比為48％。當(dāng)把死區(qū)時(shí)間控制輸入端接上固定的電壓范圍在（0—）之間即能在輸出脈沖上產(chǎn)生附加的死區(qū)時(shí)間。 脈沖寬度調(diào)制比較器為誤差放大器調(diào)節(jié)輸出脈寬提供了一個(gè)手段：，輸出的脈沖寬度從被死區(qū)確定的最大導(dǎo)通百分比時(shí)間中下降到零。，這可能從電源的輸出電壓和電流察覺得到。誤差放大器的輸出端常處于高電平它與脈沖寬度調(diào)制器的反相輸入端進(jìn)行“或”運(yùn)算，正是這種電路結(jié)構(gòu)放大器只需最小的輸出即可支配控制回路。 當(dāng)比較器CT放電，一個(gè)正脈沖出現(xiàn)在死區(qū)比較器的輸出端受脈沖約束的雙穩(wěn)觸發(fā)器進(jìn)行計(jì)時(shí)，同時(shí)停止輸出管Q1和Q2的工作。若輸出控制端連接到參考電壓源，那么調(diào)制脈沖交替輸出至兩個(gè)輸出晶體管輸出頻率等于脈沖振蕩器的一半。如果工作于單端狀態(tài)，且最大占空比小于50％時(shí)，輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)分別從晶體管Q1或Q2取得。輸出變壓器一個(gè)反饋繞組及二極管提供反饋電壓。在單端工作模式下，當(dāng)需要更高的驅(qū)動(dòng)電流輸出，亦可將Q1和Q2并聯(lián)使用，這時(shí)，需將輸出模式控制腳接地以關(guān)閉雙穩(wěn)觸發(fā)器。這種狀態(tài)下，輸出的脈沖頻率將等于振蕩器的頻率。 控制電路如下圖33所示圖33 控制電路圖4 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 驅(qū)動(dòng)電路方案選擇 該驅(qū)動(dòng)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(gè)功能：1提供適當(dāng)?shù)恼蚝头聪蜉敵鲭妷菏闺娏OSFET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(shí)電流使MOSFET能迅速建立柵控電場(chǎng)而導(dǎo)通；3盡可能小的輸入輸出延遲時(shí)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(hào)電路與柵極驅(qū)動(dòng)電路絕緣；5具有靈敏的過流保護(hù)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(gè)顯著特點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單需要的驅(qū)動(dòng)功率小第二個(gè)顯著特點(diǎn)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(dòng)和隔離驅(qū)動(dòng)兩種方式。根據(jù)設(shè)計(jì)要求、驅(qū)動(dòng)要求及電力MOSFET管開關(guān)特性選擇驅(qū)動(dòng)芯片IR2110來實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)。 芯片IR2110管腳及內(nèi)部電路圖如下圖41所示圖41 IR2110管腳及內(nèi)部電路圖 驅(qū)動(dòng)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(hù)。 R2110驅(qū)動(dòng)半橋的電路如圖所示其中C1VD1分別為自舉電容和自舉二極管C2為VCC的濾波電容。假定在S1關(guān)斷期間C1已經(jīng)充到足夠的電壓VC1 VCC。 當(dāng)HIN為高電平時(shí)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VM1Rg1和柵極和源極形成回路放電這時(shí)C1就相當(dāng)于一個(gè)電壓源從而使S1導(dǎo)通。由于LIN與HIN是一對(duì)互補(bǔ)輸入信號(hào)所以此時(shí)LIN為低電平VM3關(guān)斷VM4導(dǎo)通這時(shí)聚集在S2柵極和源極的電荷在芯片內(nèi)部通過Rg2迅速對(duì)地放電由于死區(qū)時(shí)間影響使S2在S1開通之前迅速關(guān)斷。圖42 IR2110驅(qū)動(dòng)半橋電路
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