【正文】 （3)10(?????? OOImSIIC8） （3OOIUP9?9） （310）90OI? （3)1(??PC(F11）即：每半個(gè)電源周波（10mS） ，整流器導(dǎo)電時(shí)間約 3mS，其余 7mS 為濾波電容器放電時(shí)間，承擔(dān)向負(fù)載提供全部電流，則：濾波電容器容量為：。以上是從濾波后的紋波電壓角度考慮如何選擇，如果從電解電容器的額定電流和壽命考慮則需要清楚濾波電解電容器所能承受的紋波電流和預(yù)計(jì)電容器的壽命。綜上，本課題中選用 470μF，450V 的電解電容。 開關(guān)電源電路本文采用了半橋驅(qū)動(dòng)芯片 IR2153 和 LM7805 組成的開關(guān)電源。如圖 32 所示。 圖 32 開關(guān)電源電路DC+（+300V，經(jīng)前端全波整流濾波電路所得）輸入，R19 和 C12 組成一個(gè) RC18振蕩器，通過改變 R19 或 C12 的大小可以改變電路的工作頻率。增加 R9 時(shí)，電路的工作頻率會(huì)減少，驅(qū)動(dòng)電流和功率都會(huì)增加。圖中 IR2153 利用 C6 和 D2 構(gòu)成自舉供電方式，直接驅(qū)動(dòng)高端、低端功率管。HO 輸出來驅(qū)動(dòng) MOS 管 IRFP460。與普通的脈沖變壓器驅(qū)動(dòng)等結(jié)構(gòu)形式的半橋電路相比，該電路具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、功能齊全、開關(guān)損耗低等優(yōu)點(diǎn),適合多種場(chǎng)合使用。由于變換級(jí)采用無電感形式的直流輸出電壓疊加方式，使能夠有效地克服電流輸出閉塞的現(xiàn)象、能夠有效地適應(yīng)電極肥大的場(chǎng)合。電路中通過 7805 進(jìn)行轉(zhuǎn)換得到+5V 的電壓。 IR2153芯片簡(jiǎn)介半橋驅(qū)動(dòng)集成電路 IR2153 可直接驅(qū)動(dòng)高端和低端大功率常效應(yīng)管，可使半橋驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)化，提高單路性能。故其在電源電路中得到了較廣泛的應(yīng)用。一、 引腳排列及主要功能圖 33 給出了 IR2153 引腳排列圖。 圖 33 IR2153 引腳排列圖VCC：低端邏輯和內(nèi)部MOS管的門極驅(qū)動(dòng)電源電壓；RT： 振蕩器定時(shí)電阻輸入端（此端電壓波形與半橋高端HO相同）；CT： 振蕩器定時(shí)電容輸入端；COM：低端返回端；LO： 低端門極驅(qū)動(dòng)輸出端；VS： 高端浮動(dòng)電源返回端；HO： 高端門極驅(qū)動(dòng)輸出端；VB： 高端MOS管門極驅(qū)動(dòng)浮動(dòng)電源。IR2153 是 IR 公司生產(chǎn)的為高壓、高速功率 MOSFET 或 IGBT 驅(qū)動(dòng)集成電路，IR2153 由低端功率晶體管驅(qū)動(dòng)級(jí)、高端功率晶體管驅(qū)動(dòng)級(jí)及內(nèi)部定時(shí)振蕩電路組成?？沈?qū)動(dòng)高側(cè)和低側(cè) MOSFET 或 IGBT，能夠提供高達(dá) 600V 的直流偏置電壓，19具有自振蕩或外接同步振蕩功能，振蕩頻率 的設(shè)置和 CMOS555 定時(shí)芯片類似，f由定時(shí)元件 RT 和 CT 決定： 。其中， 為芯片內(nèi)部定時(shí))(???SR電阻。芯片內(nèi)部設(shè)有死區(qū)時(shí)間控制,死區(qū)時(shí)間通常設(shè)為 ，以免高低側(cè)在交替?導(dǎo)通時(shí)刻產(chǎn)生直通現(xiàn)象。IR2153 集成電路可取代傳統(tǒng)的變壓器驅(qū)動(dòng)方式。可以根據(jù)自舉原理工作，電路外圍元件少、電路特別簡(jiǎn)單實(shí)用。半橋輸出振蕩在由CT、RT 確定的頻率上，當(dāng)充電超過低壓閾值時(shí)，IR2153 自動(dòng)啟動(dòng)。IR2153 的開通時(shí)間為 80ns，關(guān)斷時(shí)間為 35ns， 為 75Ω，并具有輸出關(guān)斷功能，輸出關(guān)斷SR滯后時(shí)間為 660ns。二、 芯片特點(diǎn)? 帶自舉二極管的浮動(dòng)設(shè)計(jì), 最大耐壓為600V；? 允許瞬時(shí)負(fù)壓；? 欠壓保護(hù)；? 內(nèi)部振蕩器頻率可調(diào)整；? 高、低通道匹配的死區(qū)時(shí)間；? 起動(dòng)電流很小,僅為90μA；? 高、低通道的關(guān)斷功能；? 低通道輸出電壓波形與 RT 端電壓波形相同。三、 芯片內(nèi)部簡(jiǎn)化功能框圖IR2153 是在 IR2155 和 IR2151 基礎(chǔ)上推出的改進(jìn)型的 VMOS 和 IGBT 柵極驅(qū)動(dòng)器，它將高壓半橋驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)類似于 555 時(shí)基電路的前端振蕩器集成在一個(gè)8 腳芯片上，使其成為一款功能更多，更易于使用的功率驅(qū)動(dòng) IC 芯片。如圖 1所示，腳 CT兼有保護(hù)關(guān)斷功能，可以用一個(gè)低電壓信號(hào)使驅(qū)動(dòng)器停止輸出。另外，輸出脈沖的寬度保持相等，一旦 Vcc上升到欠壓閉鎖閾值，驅(qū)動(dòng)器能以更加穩(wěn)定的頻率開始起振。通過降低柵極驅(qū)動(dòng)器 di/dt 的峰值和提高欠壓閉鎖閾值的滯后電壓到 1V，使電路的抗噪性有了實(shí)質(zhì)性的提高，同時(shí)，電路引腳的整體抗噪保護(hù)方面也有所改進(jìn)。IR2153 的內(nèi)部簡(jiǎn)化功能框圖如圖 34 所示。圖 34 IR2153 的內(nèi)部簡(jiǎn)化功能框圖20 TL431簡(jiǎn)介TL431 是美國(guó)德洲儀器公司（Texas Instrument）開發(fā)的一個(gè)有良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源。它的全稱是可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器（俗稱可調(diào)穩(wěn)壓管）。問世以來，由于它的性能好，體積小，成本低，因而在電壓比較器、電壓監(jiān)視器、延時(shí)電路、精密穩(wěn)流源電路中獲得了廣泛的應(yīng)用。特別是在高頻開關(guān)電源中，大多采用 TL431 擔(dān)任輸出電壓的取樣放大，并驅(qū)動(dòng)光電耦合器件，去改變主變換電路中控制 IC（集成電路）的脈沖寬度或頻率，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)穩(wěn)壓的功能。它的輸出電壓用兩個(gè)電阻就可以任意地設(shè)置從 到 36V 范圍內(nèi)的任何值。該器件的典型動(dòng)態(tài)阻抗為 ，在很多應(yīng)用中可以用它代替齊納二極管，?例如，數(shù)字電壓表，運(yùn)放電路，可調(diào)壓電源，開關(guān)電源等等。它包括一個(gè)精密電壓基準(zhǔn)、一個(gè)運(yùn)算放大器和一個(gè)并聯(lián)晶體管。采用 TL431 來制作一些電子電路，能取得很好的效果，既簡(jiǎn)化了電路，又節(jié)約了制作成本，并且制作的電路穩(wěn)定可靠。因此，TL431 得到了越來越廣泛的應(yīng)用。（TL431 在電路中的作用與工作原理沒有說明）一、TL431 的引腳及主要參數(shù)TL431是一種并聯(lián)穩(wěn)壓集成電路。因其性能好、價(jià)格低而廣泛應(yīng)用在各種電源電路中。其封裝形式與塑封三極管9013等相同。如圖35所示。 圖 35 TL431封裝形式 3個(gè)引腳分別為陰極（CATHODE）、陽極（ANODE）和參考端REF。TL431的主要參數(shù)如下：1. 最大輸入電壓為37V；2. 最大工作電流150mA；213. ；4. ~30V。 TL431可等效為一只穩(wěn)壓二極管。二、TL431 的功能模塊TL431的具體功能可以用如圖36的功能模塊示意。 圖 36 TL431功能模塊示意圖由圖可以看出 VI 是一個(gè)內(nèi)部的 基準(zhǔn)電壓，接在運(yùn)放的反相輸入端。由運(yùn)放的特性可知，只有當(dāng) REF 端（同相端）的電壓非常接近 VI（）時(shí)，三極管中才會(huì)有一個(gè)穩(wěn)定的非飽和電流通過，而且隨著 REF 端電壓的微笑變化，通過三極管的電流將從 1 到 100mA 變化。三、TL431 的陰極最低電壓點(diǎn)圖 37 是一個(gè)通過對(duì)電位器 RP1 的調(diào)節(jié), 來改變 TL431 的控制極（R）電壓從而得到一組對(duì)應(yīng)的 TL431 陰極（K）電壓的實(shí)驗(yàn)電路。從圖 28 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)知道, 該 TL431 控制端參考電壓 VREF 在 （VREF 的額定范圍：）左右, 當(dāng)控制極（R）電壓從 上升到 時(shí), 陰極（K）電壓從 下降到，下降了 。但是, 當(dāng)再增加 VREF 電壓時(shí), 陰極電壓基本停留在 左右, 不再下降。有人一直以為 TL431 作為比較器使用時(shí)，陰極輸出低電平時(shí)的電壓會(huì)低至 以下(甚至想象應(yīng)該在 左右)，這主要是受 TL431 方框圖的影響，實(shí)際上由于內(nèi)部電路與框圖有所不同的原因, 陰極電壓最低點(diǎn)只能達(dá)到 左右（廠方資料：2V）。這是我們?cè)诓捎?TL431 設(shè)計(jì)電路時(shí)必須要注意的問題。圖 37 改變控制極電壓得到陰極電壓的實(shí)驗(yàn)電路和數(shù)據(jù)說明：R2 為 TL431 的限流負(fù)載電阻, 這里設(shè)定陰極最大電流約為25mA。LED1 為指示燈。當(dāng)調(diào)節(jié)電位器 RP1 的阻值時(shí), 即改變了 TL431 的控制極電壓（R）, 其陰極電壓（K）會(huì)隨之改變。四、TL431 的臨界狀態(tài)從實(shí)驗(yàn)中知道，, 其陰極電壓從， ， ，TL431的這個(gè)臨界狀態(tài)特性會(huì)使由TL431組成的比較器等電路帶來設(shè)計(jì)22上的麻煩。在陰極電壓變化較緩慢的電路中, 甚至使設(shè)計(jì)的比較器電路不能正常工作。所以, 要十分引起注意。一般利用TL431的比較器特性的電路，大多應(yīng)用在控制極電壓較快增長(zhǎng)的電路里, 利用其輸出突變的特性對(duì)電路起保護(hù)作用。如果用在采用LED指示器的測(cè)量電路中, 可能會(huì)因其臨界狀態(tài)而影響實(shí)際效果。TL431在一些恒流、反饋、穩(wěn)壓電路中使用時(shí), 左右，這時(shí)TL431處于放大狀態(tài)。根據(jù)圖29的TL431使用特性曲線,在TL431設(shè)計(jì)規(guī)程里規(guī)定其陰極電流設(shè)計(jì)需大于1mA， 典型使用陰極電流為10mA。這從圖38的曲線比較中可以看出來, 在右邊的特性曲線圖中, 小于1mA的陰極電流將使臨界狀態(tài)很嚴(yán)重 [19]。圖 38 TL431陰極伏安特性圖 LM7805簡(jiǎn)介78系列產(chǎn)品是三斷穩(wěn)壓電路。(Pa15W)，獨(dú)立工作無須外加部件，內(nèi)部有電流保護(hù)功能，內(nèi)部有熱過載保護(hù)裝置，輸出晶體管安全區(qū)補(bǔ)償，輸出電壓誤差為4%。LM7805是常用的三端穩(wěn)壓器，一般使用的是TO220封裝，能提供DC 5V的輸出電壓，應(yīng)用范圍廣，內(nèi)含過流和過載保護(hù)電路。帶散熱片時(shí)能持續(xù)提供1A的電流，如果使用外圍器件，它還能提供不通的電壓和電流。LM7805屬于串聯(lián)穩(wěn)壓電路，其工作原理與分立元件的串聯(lián)穩(wěn)壓電源相同。它由啟動(dòng)電路、取樣電路、比較放大電路、基準(zhǔn)環(huán)節(jié)、調(diào)整環(huán)節(jié)和過流保護(hù)等組成。此外它還有過熱和過壓保護(hù)電路。因此，其穩(wěn)壓性能要優(yōu)于分立元件的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。如串聯(lián)穩(wěn)壓的啟動(dòng)電路是比較放大管的負(fù)載電阻，此電阻在電源工作過程中始終接于電路中，當(dāng)輸入電壓變化（電網(wǎng)波動(dòng)） ，通過負(fù)載電阻的影響，輸出電壓也跟著變化。而三端集成穩(wěn)壓器設(shè)置的啟動(dòng)電路，在穩(wěn)壓電源啟動(dòng)后處于正常狀態(tài)下，啟動(dòng)電路與穩(wěn)壓電源內(nèi)部其他電路脫離聯(lián)系，這樣輸入電壓變化不直接影響基準(zhǔn)電路和恒流源電路，保持輸出電壓的穩(wěn)定。一般我們?cè)谑褂萌朔€(wěn)壓器比如LM7805等時(shí)，輸入端輸出端都要接電容，那么他們各起什么作用呢？輸入端接電容器其實(shí)相當(dāng)于平滑電容，起到一個(gè)濾波的作用，提高IC工作的穩(wěn)定性。23 因?yàn)橐话惴€(wěn)壓管的輸出電阻隨著頻率的增加而增加，這可以通過IC的DATASHEET中輸出阻抗和頻率的曲線圖得出。其實(shí)這一現(xiàn)象也不難理解，因?yàn)榉糯笃鞯牡脑鲆嬖诟哳l下增益隨著頻率的增高而下降的。這樣輸出電壓就隨輸出電阻的增加而增大，從而違背的輸出穩(wěn)定電壓的初衷，如果在輸出側(cè)并聯(lián)一個(gè)電容器，因?yàn)閆c=1/WC，頻率越高，WC越大，Zc越小，輸出阻抗也就變小，這樣就可以輸出穩(wěn)定的電壓。 輸出整流濾波電路輸出整流濾波電路是通過快恢復(fù)整流二極管的整流和濾波電感及濾波電容將高頻變壓器輸出的高頻交變電壓或電流變換成符合要求的輸出電壓或電流。本輸出電路主要有兩路輸出組成，分別是+15V，+5V。其中+5V是利用7805芯片從+15V引出的，采用7805產(chǎn)生5V電壓具有電路簡(jiǎn)單，電壓穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。用于給單片機(jī)控制電路供電。第 4章 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)與分析 驅(qū)動(dòng)電路原理圖本文中驅(qū)動(dòng)電路采用六只功率開關(guān)管 MOSFET（IRFP460)，以 IR 公司的IR2130 作為接口驅(qū)動(dòng)芯片。一般的單相電機(jī)驅(qū)動(dòng)器為了方便控制各相電流，每相采用的都是H橋，這樣三相電機(jī)需要用 3 個(gè)H橋，而每個(gè)H橋需要 4 個(gè)功率管，整個(gè)驅(qū)動(dòng)器功率管個(gè)數(shù)為 12 個(gè)，需要 12 路控制信號(hào)，增加控制的復(fù)雜度的同時(shí)也增加了系統(tǒng)的成本。故本文中選用了三相逆變橋替代三相H橋，功率管的數(shù)量只需要 6 個(gè)。這樣在減小了控制的復(fù)雜性的同時(shí)也降低了系統(tǒng)硬件成本。IR2130具有電流反饋和過流、欠壓保護(hù)功能，內(nèi)部集成電流比較器CC和電流24放大器CA，電流檢測(cè)由跨接于Vss和Vso之間的無感取樣電阻來實(shí)現(xiàn)，從而省去了通常驅(qū)動(dòng)電路的電流反饋所需要的外部電流放大器和過流檢測(cè)所需的外部比較器。可見，采用IR2130作為驅(qū)動(dòng)元件時(shí)，外圍元件少、線路簡(jiǎn)單、工作安全可靠，性價(jià)比較分立元件明顯提高。功率驅(qū)動(dòng)主電路圖如圖 41 所示。(a)(b)圖 41 功率驅(qū)動(dòng)主電路 功率驅(qū)動(dòng)單元元器件的選取功率驅(qū)動(dòng)單元主要由功率器件、接口驅(qū)動(dòng)芯片及外圍元器件組成，以下詳細(xì)介紹它們的選取。 功率器件在全控型器件中，IGBT 和功率 MOSFET 具有輸入阻抗高、開關(guān)頻率高、通態(tài)電壓低、熱穩(wěn)定性好，是本系統(tǒng)的首選。由于 MOSFET 比 IGBT 的開關(guān)頻率高，價(jià)格便宜，保護(hù)電路相對(duì)簡(jiǎn)單，因此本系統(tǒng)選用了 MOSFET 作為開關(guān)器件。功率 MOSFET 的優(yōu)點(diǎn)：1) 開關(guān)速度快。MOSFET 是一種多子導(dǎo)電器件，無固有存儲(chǔ)時(shí)間，開關(guān)速度取決于極間寄生電容，所以開關(guān)時(shí)間很短(小于 50100ns)，工作頻率很高(達(dá) 500KHz 以上)2) 驅(qū)動(dòng)功率小。它是電壓型器件，功率增益高，驅(qū)動(dòng)功率小，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單。3) 安全工作區(qū)寬。MOSFET 無二次擊穿現(xiàn)象，因此比同等功率 GTR 器件安全工作區(qū)大，更穩(wěn)定耐用。4) 過載能力強(qiáng)。短時(shí)過載電流一般為額定值的 4 倍。5) 抗干擾能力強(qiáng)。功率 MOSFET 器件的開啟電壓一般為 1215V，因此具有很高的噪聲容限和抗干擾能力。25本系統(tǒng)選用 IR 公司的 MOSFETIRFP460，其額定電壓和額定電流