高频功率MOSFET驱动电路及并联特性研究

高频功率MOSFET驱动电路及并联特性研究
高频功率MOSFET驱动电路及并联特性研究

直流电机驱动电路设计

直流电机驱动电路设计 一、直流电机驱动电路的设计目标 在直流电机驱动电路的设计中,主要考虑一下几点: 1. 功能:电机是单向还是双向转动?需不需要调速?对于单向的电机驱动,只要用一个大功率三极管或场效应管或继电 器直接带动电机即可,当电机需要双向转动时,可以使用由4个功率元件组成的H桥电路或者使用一个双刀双掷的继电器。 如果不需要调速,只要使用继电器即可;但如果需要调速,可以使用三极管,场效应管等开关元件实现PWM(脉冲宽度调制)调速。 2. 性能:对于PWM调速的电机驱动电路,主要有以下性能指标。 1)输出电流和电压范围,它决定着电路能驱动多大功率的电机。 2)效率,高的效率不仅意味着节省电源,也会减少驱动电路的发热。要提高电路的效率,可以从保证功率器件的开关工作状态和防止共态导通(H桥或推挽电路可能出现的一个问题,即两个功率器件同时导通使电源短路)入手。 3)对控制输入端的影响。功率电路对其输入端应有良好的信号隔离,防止有高电压大电流进入主控电路,这可以用高的输入阻抗或者光电耦合器实现隔离。 4)对电源的影响。共态导通可以引起电源电压的瞬间下降造成高频电源污染;大的电流可能导致地线电位浮动。 5)可靠性。电机驱动电路应该尽可能做到,无论加上何种控制信号,何种无源负载,电路都是安全的。 二、三极管-电阻作栅极驱动

1.输入与电平转换部分: 输入信号线由DATA引入,1脚是地线,其余是信号线。注意1脚对地连接了一个2K欧的电阻。当驱动板与单片机分别供电时,这个电阻可以提供信号电流回流的通路。当驱动板与单片机共用一组电源时,这个电阻可以防止大电流沿着连线流入单片机主板的地线造成干扰。或者说,相当于把驱动板的地线与单片机的地线隔开,实现“一点接地”。 高速运放KF347(也可以用TL084)的作用是比较器,把输入逻辑信号同来自指示灯和一个二极管的2.7V基准电压比较,转换成接近功率电源电压幅度的方波信号。KF347的输入电压范围不能接近负电源电压,否则会出错。因此在运放输入端增加了防止电压范围溢出的二极管。输入端的两个电阻一个用来限流,一个用来在输入悬空时把输入端拉到低电平。 不能用LM339或其他任何开路输出的比较器代替运放,因为开路输出的高电平状态输出阻抗在1千欧以上,压降较大,后面一级的三极管将无法截止。 2.栅极驱动部分: 后面三极管和电阻,稳压管组成的电路进一步放大信号,驱动场效应管的栅极并利用场效应管本身的栅极电容(大约 1000pF)进行延时,防止H桥上下两臂的场效应管同时导通(“共态导通”)造成电源短路。 当运放输出端为低电平(约为1V至2V,不能完全达到零)时,下面的三极管截止,场效应管导通。上面的三极管导通,场效应管截止,输出为高电平。当运放输出端为高电平(约为VCC-(1V至2V),不能完全达到VCC)时,下面的三极管导通,场效

最新大功率晶体管驱动电路的设计及其应用

大功率晶体管驱动电路的设计及其应用

摘要:介绍了大功率晶体管(GTR)基极驱动电路的设计,分析了基极驱动电路的要求及其设计方法,并给出一种实用的驱动电路。 关键词:大功率晶体管;基极驱动电路;分析;设计 1 引言 作为逆变电路中的核心部件——大功率开关器件,一般分为三大类型,即双极型、单极型和混合型。双极型GTO、GTR、SITH等;单极型有功率MOSFET、SIT等;混合型有IGBT、MGT(MOS门极晶体管)等。这些大功率器件的运行状态及安全性直接决定了变频器和逆变器性能的优劣,而性能良好的驱动电路又是开关器件安全可靠运行的重要保障。本文重点介绍GTR的基极驱动电路。 大功率晶体管(GiantTransistor—GTR)也称巨型晶体管,是三层结构的双极全控型大功率高反压晶体管,它具有自关断能力,控制十分方便,并有饱和压降低和比较宽的安全工作区等优点,在许多电力变流装置中得到了应用。 在电力电子装置中,GTR主要工作在开关状态。GTR是一种电流控制型器件,即在其基极注入电流I B后,集电极便能得到放大了的电流IC,电流放大倍数由h FE来评价。对于工作在开关状态的GTR,关键的技术参数是反向耐压V CE和正向导通电流IC。由于GTR不是理想的开关,当饱和导通时,有管压降V CES,关断时有漏电流I CEO;加之开关转换过程中具有开通时间t on。(含延迟时间t d和上升时间t r),关断时间

t off(含存贮时间t s和下降时间t f),因此使用GTR时,对其集电极功耗PC与结温T jm也应给予足够的重视。 2 基极驱动电路设计原则 GTR基极驱动电路和性能直接影响着GTR的工作状况,因此在设计基极驱动电路时应考虑以下两点:最优化驱动方式和自动快速保护。 所谓最优化驱动,就是以理想的基极驱动电流波形去控制GTR的开关过程,以便提高开关速度,减小开关损耗。理想的基极驱动电流波形如图1所示。由图1可以看出,为加快开通时间和降低开通损耗,正向基极电流在开通初期不但要求有陡峭的前沿,而且要求有一定时间的过驱动电流I B1。导通阶段的基极驱动电流I B2应使GTR恰好维持在准饱和状态,以便缩短存储时间t s。一般情况下,过驱动电流I B1的数值选为准饱和基极驱动电流值I B2的3倍左右,过驱动电流波形前沿应控制在 0.5μs以内,其宽度控制在2μs左右。关断GTR时,反向基极驱动电流 I B3应大一些,以便加快基区中载流子的抽走速度,缩短关断时间,减小关断损耗,实际应用中,常选I B3=I B1或更大一些。这种基极驱动波形一般由加速电路和贝克箝位电路来实现。

较大功率直流电机驱动电路的设计方案

1 引言 直流电机具有优良的调速特性,调速平滑、方便、调速围广,过载能力强,可以实现频繁的无级快速启动、制动和反转,能满足生产过程中自动化系统各种不同的特殊运行要求,因此在工业控制领域,直流电机得到了广泛的应用。 许多半导体公司推出了直流电机专用驱动芯片,但这些芯片多数只适合小功率直流电机,对于大功率直流电机的驱动,其集成芯片价格昂贵。基于此,本文详细分析和探讨了较大功率直流电机驱动电路设计中可能出现的各种问题,有针对性设计和实现了一款基于25D60-24A 的直流电机驱动电路。该电路驱动功率大,抗干扰能力强,具有广泛的应用前景。 2 H 桥功率驱动电路的设计 在直流电机中,可以采用GTR 集电极输出型和射极输出性驱动电路实现电机的驱动,但是它们都属于不可逆变速控制,其电流不能反向,无制动能力,也不能反向驱动,电机只能单方向旋转,因此这种驱动电路受到了很大的限制。对于可逆变速控制, H 桥型互补对称式驱动电路使用最为广泛。可逆驱动允许电流反向,可以实现直流电机的四象限运行,有效实现电机的正、反转控制。而电机速度的控制主要有三种,调节电枢电压、减弱励磁磁通、改变电枢回路电阻。三种方法各有优缺点,改变电枢回路电阻只能实现有级调速,减弱磁通虽然能实现平滑调速,但这种方法的调速围不大,一般都是配合变压调速使用。因此在直流调速系统中,都是以变压调速为主,通过PWM(Pulse Width Mo dulation)信号占空比的调节改变电枢电压的大小,从而实现电机的平滑调速。 2.1 H 桥驱动原理 要控制电机的正反转,需要给电机提供正反向电压,这就需要四路开关去控制电机两个输入端的电压。当开关S1 和S4 闭合时,电流从电机左端流向电机的右端,电机沿一个方向旋转;当开关S2 和S3 闭合时,电流从电机右端流向电机左端,电机沿另一个方向旋转, H 桥驱动原理等效电路图如图1 所示。

大功率LED的驱动电路设计(PT4115应用)

大功率LED 的驱动电路设计(PT4115应用) 摘要:LED (light emitting diode )即发光二极管,是一种用途非常广泛的固体发光光源,一种可以将电能转化为光能的电子器件。由于LED 具有节能、环保、使用寿命非常长,LED 元件的体积非常小,LED 的发出的光线能量集中度很高,LED 的发光指向性非常强,LED 使用低压直流电即可驱动,显色性高(不会对人的眼睛造成伤害)等优点,LED 被广泛应用在背光源、照明、电子设备、显示屏、汽车等五大领域。而且随着LED 研发技术的不断突破,高亮度、超高亮度、大功率的LED 相继问世,特别是白光LED 的发光效率已经超过了常用的白炽灯,正朝着常照明应用的方向发展,大有取代传统的白炽灯甚至节能灯的趋势。 本论文主要介绍采用恒流驱动方式实现驱动电路,并且提出一种基于恒流驱动芯片PT4115的高效率的大功率LED 恒流驱动解决方案。该种驱动电路简单、高效、成本低,适合当今太阳能产品的市场化发展。。 关键词:大功率LED ;驱动电路;恒流驱动芯片PT4115 一、LED 主要性能指标: 1)LED 的颜色:目前LED 的颜色主要有红色,绿色,蓝色,青色,黄色,白色,暖白,琥珀色等其它的颜色; 2)LED 的电流:一般小功率的LED 的正向极限电流多在20mA 。但大功率LED 的功率至少在1W 以上,目前比较常见的有1W 、3W 、5W 、8W 和10W 。1W LED 的额定电流为350mA,3W LED 的750mA 。 3)LED 的正向电压:LED 的正极接电源正极,负极接电源负极。一般1W 的大功率LED 的正向电压为3.5V~3.8V 。 4)LED 的反向电压:所允许加的最大反向电压。超过此值,发光二极管可能被击穿损坏 LED 发光强度:光源在给定方向的单位立体角中发射的光通量定义为光源在该方向的(发)光强(度),单位为坎德拉(cd )。 5)LED 光通量:光源在单位时间内发射出的光量称为光源的发光通量。单位为流明(lm)。如1W 大功率LED 的光通量一般为60~80LM 。 6)LED 光照度:1流明的光通量均匀分布在1平方米表面上所产生的光照度.,单位为勒克斯(lx)。 7)LED 显色性:光源对物体本身颜色呈现的程度称为显色性,也就是颜色逼真的程度。 8)LED 的使用寿命:LED 一般可以使用50,000小时以上。 9)LED 发光角度:二极管发光角度也就是其光线散射角度,主要靠二极管生产时加散射剂来控制。 二、大功率LED 的驱动方式: LED 驱动简单的来讲就是给LED 提供正常工作条件(包括电压,电流等条件)的一种电路,也是LED 能工作必不可少的条件,好的驱动电路还能随时保护LED ,避免LED 被损坏。 LED 驱动通常分为以下三种方式: (1) 镇流电阻驱动:就是简单的的在LED 变LED 的驱动电流.。 LED 的工作电流为: R U U I L -= 所以I 与镇流电阻R 成反比;当电源电压U 时,R 能限制I 的过量增长,使I 不超出LED

功率晶体管的达林顿驱动电路图

功率晶体管的达林顿驱动电路图 早期的无刷直流电机根据容量不同,可分为晶体管驱动电机和晶闸管驱动电机两种。一般低压小容量的无换向器电机采用晶体管电机的方案;而容量较大的,通常都是晶闸管电机。由于晶体管和晶闸管不同,它的集电极负载电流和基极控制电流之间是直接联系的,要关断晶体管,只要把基极电流下降到零,就能使集电极电流消失,因此在晶体管电机中不存在逆变器的换相问题,这不但可以简化电机的控制电路,而且能够显著改善电机的性能。一般在7。5kW以下的电机中多用晶体管,而在10kW以上的电机里,往往采用晶闸管。当然这个界限也是相对的,随着大功率晶体管生产水平的提高,这个界限也会有所提高。 双极型大功率晶体管(GTR或称BJT),是一种冰晶球结构的晶体管,其工作结温高达200℃,在环境条件极端恶劣的航天领域,具有其他功率器件无法替代的优势。此外,GTR 在高电压、大电流下较ICBT和MOSFET具有更低的通态饱和压降(在10A负载电流下,通态饱和压降小于0.2V),可以最大限度地提高变换器的效率。 大功率晶体管具有关断反向电压小的特点,开关噪声远远小于功率MOS-FET,并且工作在通态时处于饱和状态,GTR的功率损耗很小。但是大功率晶体管的单管放大倍数小,为了使其工作在饱和状态,必须增大基极驱动电流,增加驱动功耗;同时,由于放大倍数小,使其容易失去饱和而工作在放大区,使得大功率晶体管的功率损耗显著增大,并且缩小了安全运行范围。为此需采用了达林顿驱动结构,但常规的达林顿驱动结构通态下极易深度饱和,关断时存储时间长、关断损耗大,给电机换向带来较大影响。 本节以三相三状态永磁无刷直流电机晶体管放大电路为例,介绍功率晶体管驱动电路的设计。 通过实验和分析计算,本书研究并应用了一种改进的采用两只NPN型晶体管构成的达林顿驱动电路,晶体管VT1的型号为3DK10E,晶体管VT2的型号为3DK109F,达林顿电路如图所示。 光电耦合器件简介 光电偶合器件(简称光耦)是把发光器件(如发光二极体)和光敏器件(如光敏三极管)组装在一起,通过光线实现耦合构成电—光和光—电的转换器件。光电耦合器分为很多种类,图1所示为常用的三极管型光电耦合器原理图。 当电信号送入光电耦合器的输入端时,发光二极体通过电流而发光,光敏元件受到光照后产生电流,CE导通;当输入端无信号,发光二极体不亮,光敏三极管截止,CE不通。对于数位量,当输入为低电平“0”时,光敏三极管截止,输出为高电平“1”;当输入为高电平“1”时,光敏三极管饱和导通,输出为低电平“ 0”。若基极有引出线则可满足温度补偿、检测调制要求。这种光耦合器性能较好,价格便宜,因而应用广泛。

功率场效应晶体管MOSFET基本知识

功率场效应晶体管(MOSFET)基本知识功率场效应管(Power MOSFET)也叫电力场效应晶体管,是一种单极型的电压控制器件,不但有自关断能力,而且有驱动功率小,开关速度高、无二次击穿、安全工作区宽等特点。由于其易于驱动和开关频率可高达500kHz,特别适于高频化电力电子装置,如应用于DC/DC变换、开关电源、便携式电子设备、航空航天以及汽车等电子电器设备中。但因为其电流、热容量小,耐压低,一般只适用于小功率电力电子装置。 一、电力场效应管的结构和工作原理 电力场效应晶体管种类和结构有许多种,按导电沟道可分为P沟道和N沟道,同时又有耗尽型和增强型之分。在电力电子装置中,主要应用N沟道增强型。 电力场效应晶体管导电机理与小功率绝缘栅MOS管相同,但结构有很大区别。小功率绝缘栅MOS管是一次扩散形成的器件,导电沟道平行于芯片表面,横向导电。电力场效应晶体管大多采用垂直导电结构,提高了器件的耐电压和耐电流的能力。按垂直导电结构的不同,又可分为2种:V形槽VVMOSFET和双扩散VDMOSFET。 电力场效应晶体管采用多单元集成结构,一个器件由成千上万个小的MOSFET组成。N沟道增强型双扩散电力场效应晶体管一个单元的部面图,如图1(a)所示。电气符号,如图1(b)所示。 电力场效应晶体管有3个端子:漏极D、源极S和栅极G。当漏极接电源正,源极接电源负时,栅极和源极之间电压为0,沟道不导电,管子处于截止。如果在栅极和源极之间加一正向电压UGS,并且使UGS大于或等于管子的开启电压UT,则管子开通,在漏、源极间流过电流ID。UGS超过UT越大,导电能力越强,漏极电流越大。 二、电力场效应管的静态特性和主要参数

功率场效应晶体管(MOSFET)原理

功率场效应晶体管(MOSFET)原理 功率场效应管(Power MOSFET)也叫电力场效应晶体管,是一种单极型的电压控制器件,不但有自关断能力,而且有驱动功率小,开关速度高、无二次击穿、安全工作区宽等特点。由于其易于驱动和开关频率可高达500kHz,特别适于高频化电力电子装置,如应用于DC/DC变换、开关电源、便携式电子设备、航空航天以及汽车等电子电器设备中。但因为其电流、热容量小,耐压低,一般只适用于小功率电力电子装置。 一、电力场效应管的结构和工作原理 电力场效应晶体管种类和结构有许多种,按导电沟道可分为P沟道和N沟道,同时又有耗尽型和增强型之分。在电力电子装置中,主要应用N沟道增强型。 电力场效应晶体管导电机理与小功率绝缘栅MOS管相同,但结构有很大区别。小功率绝缘栅MOS管是一次扩散形成的器件,导电沟道平行于芯片表面,横向导电。电力场效应晶体管大多采用垂直导电结构,提高了器件的耐电压和耐电流的能力。按垂直导电结构的不同,又可分为2种:V形槽VVMOSFET和双扩散VDMOSFET。 电力场效应晶体管采用多单元集成结构,一个器件由成千上万个小的MOSFET组成。N沟道增强型双扩散电力场效应晶体管一个单元的部面图,如图1(a)所示。电气符号,如图1(b)所示。

电力场效应晶体管有3个端子:漏极D、源极S和栅极G。当漏极接电源正,源极接电源负时,栅极和源极之间电压为0,沟道不导电,管子处于截止。如果在栅极和源极之间加一正向电压U GS,并且使U GS大于或等于管子的开启电压U T,则管子开通,在漏、源极间流过电流I D。U GS超过U T越大,导电能力越强,漏极电流越大。 二、电力场效应管的静态特性和主要参数 Power MOSFET静态特性主要指输出特性和转移特性,与静态特性对应的主要参数有漏极击穿电压、漏极额定电压、漏极额定电流和栅极开启电压等。{{分页}} 1、静态特性 (1)输出特性 输出特性即是漏极的伏安特性。特性曲线,如图2(b)所示。由图所见,输出特性分为截止、饱和与非饱和3个区域。这里饱和、非饱和的概念与GTR不同。饱和是指漏极电流I D不随漏源电压U DS的增加而增加,也就是基本保持不变;非饱和是指地U CS 一定时,I D随U DS增加呈线性关系变化。 (2)转移特性

功率开关器件的驱动电路是什么原理

功率开关器件的驱动电路是什么原理? 功率开关器件在电力电子设备中占据着核心位置,它的可靠工作是整个装置正常运行的基本条件。功率开关器件的驱动电路是主电路与控制电路之间的接口,是电力电子装置的重要部分。它对整个设备的性能有很大的影响,其作用是将控制回路输出的控制脉冲放大到足以驱动功率开关器件。简而言之,驱动电路的基本任务就是将控制电路传来的信号,转换为加在器件控制端和公共端之间的可以使其导通和关断的信号。 同样的器件,采用不同的驱动电路将得到不同的开关特性。采用性能良好的驱动电路可以使功率开关器件工作在比较理想的开关状态,同时缩短开关时间,减小开关损耗,对装置的运行效率,可靠性和安全性都有重要的意义。因此驱动电路的优劣直接影响主电路的性能,驱动电路的合理化设计显得越来越重要。晶闸管体积小,重量轻,效率高,寿命长,使用方便,可以方便的进行整流和逆变,且可以在不改变电路结构的前提下,改变整流或逆变电流的大小。IGBT是MOSFET和GTR的复合器件,它具有开关速度快、热稳定性好、驱动功率小和驱动电路简单的特点,又具有通态压降小、耐压高和承受电流大等优点。IGBT作为主流的功率输出器件,特别是在大功率的场合,已经被广泛的应用于各个领域。一般来说,功率 开关器件理想的驱动电路应满足以下要求: (1)功率开关管开通时,驱动电路能够提供快速上升的基极电流,使得开启时有足够的驱动功率,从而减小开通损耗。 (2)开关管导通期间,驱动电路提供的基极电流在任何负载情况下都能保证功率管处于饱和导通状态,保证比较低的导通损耗。为减小存储时间,器件关断前应处于临界饱和状态。 (3)关断时,驱动电路应提供足够的反向基极驱动,以迅速的抽出基区的剩余载流子,

较大功率直流电机驱动电路的设计方案

较大功率直流电机驱动电路的设计方案 1引言 直流电机具有优良的调速特性, 调速平滑、方便、调速范围广, 过载能力强, 可以 实现频繁的无级快速启动、制动和反转, 能满足生产过程中自动化系统各种不同的特殊运 行要求,因此在工业 控制领域,直流电机得到了广泛的应用。 许多半导体公司推出了直流电机专用驱动芯片, 但这些 芯片多数只适合小功率直流电 机,对于大功率直流电机的驱动, 其集成芯片价格昂贵。 了较大功率直流电机驱动电路设计中可能出现的各种问题, 于 25D60-24A 的直流电机驱动电路。 该电路驱动功率大, 用前景。 2 H 桥功率驱动电路的设计 无制动 能力, 也不能反向驱动, 电 因此这种驱动电路受到了很大的限制。 对于可逆变速 控制,H 桥型互 可逆驱动允许电流反向, 可以实现直流电机的四象限运 控制。而电机速度的 控制主要有三种, 调节电枢 电压、减 三种方法各有优缺点, 改变电枢回路电阻只能实现有级 调速,减弱磁通虽然能实现平滑调速, 但这种方法的调速范围不大, 一般都是配合变压 调速使用。 因此在直流调速系统中, 都是以变压调速为主, 通过PWM(P ulse Width Modulatio n)信号占空比的调节改变电枢 电压的大小, 从而实现电机的平滑调速。 H 桥驱动原理 要控制电机的正反转, 需要给电机提供正反向 虫压,这就需要四路开关去控制电机两 个输入端的电压。当开关S1和S4闭合时,电流从电机左端流向电机的右端, 电机沿一 基于此,本文详细分析和探讨 有针对性设计和实现了一款基 抗干扰能力强,具有广泛的应 在直流电机中,可以采用GTR 集电极输出型和射极输出性驱动电路实现电机的驱动, 但是它们都属于不可逆变速 控制,其电流不能反向, 无制动能力, 也不能反向驱动, 机只能单方向旋转, 补对称式驱动电路使用最为广泛。 行,有效实现电机的正、反转 弱励磁磁通、改变电枢回路电阻。

H桥功率驱动电路

H桥功率驱动电路可应用于步进电机、交流电机及直流电机等的驱动.永磁步进电机或混合式步进电机的 励磁绕组都必须用双极性电源供电,也就是说绕组有时需正向电流,有时需反向电流,这样绕组电源需用 H桥驱动.本文以两相混合式步进电机驱动器为例来设计H桥驱动电路. 1 电路原理 图1给出了H桥驱动电路与步进电机AB相绕组连接的电路框图. 4个开关K1和K4,K2和K3分别受控制信号a,b的控制,当控制信号使开关K1,K4合上,K2,K3断开时,电流在线圈中的流向如图1(a),当控制信号使开关K2,K3合上,K1,K4断开时,电流在线圈 中的流向如图1(b)所示.4个二极管VD1,VD2,VD3,VD4为续流二极管,它们所起的作用是:以图1(a) 为例,当K1,K4开关受控制由闭合转向断开时,由于此时线圈绕组AB上的电流不能突变,仍需按原电 流方向流动(即A→B),此时由VD3,VD2来提供回路.因此,电流在K1,K4关断的瞬间由地→VD3→线 圈绕组AB→VD2→电源+Vs形成续流回路.同理, 在图1(b)中,当开关K2,K3关断的瞬间,由二极管VD4,VD1提供线圈绕组的续流,电流回路为地→VD4→ 线圈绕组BA→VD1→电源+Vs.步进电机驱动器中,实现上述开关功能的元件在实际电路中常采用功率 MOSFET管. 由步进电机H桥驱动电路原理可知,电流在绕组中流动是两个完全相反的方向.推动级的信号逻辑应使对角线晶体管不能同时导通,以免造成高低压管的直通. 另外,步进电机的绕组是感性负载,在通电时,随着电机运行频率的升高,而过渡的时间常不变,使得绕组电流还没来得及达到稳态值又被切断,平均电流变小,输出力矩下降,当驱动频率高到一定的时候将 产生堵转或失步现象.因此,步进电机的驱动除了电机的设计尽量地减少绕组电感量外,还要对驱动电源 采取措施,也就是提高导通相电流的前后沿陡度以提高电机运行的性能. 步进电机的缺陷是高频出力不足,低频振荡,步进电机的性能除电机自身固有的性能外,驱动器的驱动电源也直接影响电机的特性.要想改善步进电机的频率特性,就必须提高电源电压. 2 电路设计 图2给出了驱动器AB相线圈功率驱动部分原理图.

MOSFET的驱动保护电路的设计

MOSFET的驱动保护电路的设计 功率场效应晶体管由于具有诸多优点而得到广泛 的应用;但它承受短时过载的能力较弱,使其应用受到一定的限制。分析了MOSFET器件驱动与保护电路的设计要求;计算了MOSFET驱动器的功耗及MOSFET驱动器与MOSFET的匹配;设计了基于IR2130驱动模块的MOSFET 驱动保护电路。该电路具有结构简单,实用性强,响应速度快等特点。在驱动无刷直流电机的应用中证明,该电路驱动能力及保护功能效果良好。功率场效应晶体管(Power MOSFET)是一种多数载流子导电的单极型电压控制器件,具有开关速度快、高频性能好、输入阻抗高、噪声小、驱动功率小、动态范围大、无二次击穿现象和安全工作区域(SOA)宽等优点,因此,在高性能的开关电源、斩波电源及电机控制的各种交流变频电源中获得越来越多的应用。但相比于绝缘栅双极型晶体管IGBT或大功率双极型晶体管GTR等,MOSFET管具有较弱的承受短时过载能力,因而其实际使用受到一定的限制。如何设计出可靠和合理的驱动与保护电路,对于充分发挥MOSFET功率管的优点,起着至关重要的作用,也是有效利用MOSFET管的前提和关键。文中用IR2130驱动模块为核心,设计了功率MOSFET 驱动保护电路应用与无刷直流电机控制系统中,同时也阐述

了本电路各个部分的设计要求。该设计使系统功率驱动部分的可靠性大大的提高。1、功率MOSFET保护电路设计功率场效应管自身拥有众多优点,但是MOSFET管具有较脆弱的承受短时过载能力,特别是在高频的应用场合,所以在应用功率MOSFET对必须为其设计合理的保护电路来提高器件的可靠性。功率MOSFET保护电路主要有以下几个方面:1)防止栅极di/dt过高:由于采用驱动芯片,其输出阻抗较低,直接驱动功率管会引起驱动的功率管快速的开通和关断,有可能造成功率管漏源极间的电压震荡,或者有可能造成功率管遭受过高的di/dt而引起误导通。为避免上述现象的发生,通常在MOS驱动器的输出与MOS管的栅极之间串联一个电阻,电阻的大小一般选取几十欧姆。 2)防止栅源极间过电压由于栅极与源极的阻抗很高,漏极与源极间的电压突变会通过极间电容耦合到栅极而产生 相当高的栅源尖峰电压,此电压会使很薄的栅源氧化层击穿,同时栅极很容易积累电荷也会使栅源氧化层击穿,所以要在MOS管栅极并联稳压管以限制栅极电压在稳压管稳压值以下,保护MOS管不被击穿,MOS管栅极并联电阻是为了释放栅极电荷,不让电荷积累。3)防护漏源极之间过电压虽然漏源击穿电压VDS一般都很大,但如果漏源极不加保护电路,同样有可能因为器件开关瞬间电流的突变而产生漏极尖峰电压,进而损坏MOS管,功率管开关

AB类功率放大器驱动电路的设计与研究

1 AB类功放驱动电路设计目标 在实用电路中,往往要求放大电路的末级(即输出级)输出一定的功率,以驱动负载。能够向负载提供足够信号功率的放大电路称为功率放大电路,简称功放。经典功率放大器有4种类型:A类,AB类,B类和C 类,他们的主要差别在于偏置的情况不同。理想的4类经典放大器的最大效率的理论值与导通角的函数关系如图1所示。 A类功率放大器的线性度好,功率传递能力差,效率最大值为50%,导通角为360°;B类功率放大器通过减少一个周期中晶体管工作的时间来提高效率(最好可达78.5%),保持了实现线性调制的可能性,工作周期为半周期;C类功率放大器提供了接近100%的效率,但同时归一化的功率传递能力和功率增益都趋于零,线性度差;AB类放大器的效率和线性度在A类和B类放大器之间,其最大的特点是导通角的范围为180°~360°,相应的设计目标就是实现他在一个周期的50%和100%之间的某段时间内导通的工作方式,对于单MOS管来说,就是使他的漏极有电流通过的时间多于半个周期。 2 功放驱动电路的具体设计和仿真 2.1 镜像电流偏置方式

在采用双电源供电的差分放大电路中,两管的静态工作点电流直接由恒流源电路提供。对恒流源偏置电路的要求,除了提供稳定的静态工作点电流外,还应具有高的输出交流电阻。镜像恒流源电路是目前应用最广的一种高稳定恒流源电路,他特别适合于用在集成电路中。图2就是采用镜像电流偏置方式实现的驱动电路结构图。 这个电路是由2个性能上严格匹配的NMOS管和1个电阻、1个电感组成,IM1和IM2分别为电路中两个NMOS管M1和M2的漏极电流。M1管与M2管的衬底与源短接,不存在体效应。由于两个NMOS管宽长比完全一样,因此, 改变VDD或R,IM1和IM2相应的也就随之改变。鉴于IM2犹如IM1的镜像,故将这种恒流源电路称为镜像恒流源电路。图中的C和L作用跟前面分压偏置方式中论述的一样。 当两管完全对称时,温度的变化就不会引起IM1和IM2的变化,因此镜像恒流源电路是一种高热稳定的偏置电路。这一偏置方法还消除了与固定电压栅偏置有关的热漂移问题。 对于AB类功放,给定VDD为3 V,Vin为直流偏置2 V,振幅1 V,频率1 GHz的正弦波,选定R为800 Ω,C为0.5 pF,L为0.065 nH,M1和M2均为宽0.6μm,长0.18 μm的NMOS。从图3晶体管M2的漏极电流HSpice仿真波形图中可以看出Vg≥0.297 V的时长为0.69 ns,大于0.5

电流驱动与电压驱动

比较专业的解释: 电压驱动的如:场效应管,因为它的内阻很大,加电压控制时电流很小,近似为零,所以可以理解成:电压驱动; 电流驱动的如:普通的NPN、PNP型三极管,因为它的内阻较小,加电压控制时电流相对较大(一般小功率的都有100uA以上,大功率的可达20mA以上),所以可以理解成:电流驱动; 从控制原理来说:电压驱动的如:场效应管,它是通过加到G、S端的电压(微观的就是电场)来控制D、S内部通道的宽窄(即通道可变)来控制D、S两端电流; 电流驱动的如:普通的NPN、PNP型三极管,是通过加到B、E端的电流(微观的就是电子的流动)来控制C、E内部的电流流动(即通道不变)。 简单地说电流驱动是根据驱动电流的大小而输出不同的功率,常见的是普通三极管功率放大电路,电压驱动是根据驱动电压的高低而输出不同的功率,常见的场效应三极管功率放大电路中使用。 下面是几个问题: Q:什么是电流控制器件? A:如果这个器件的输出参数大小和输入的电流参数大小有关,就叫该器件是“电流控制器件”,简称“流控器件”。“电流控制器件”输入的是电流信号,是低阻抗输入,需要较大的驱动功率。例如:双极型晶体管(BJT)是电流控制器件、TTL电路是电流控制器件。 Q:什么是电压控制器件? A:如果这个器件的输出参数大小和输入的电压参数大小有关,就叫该器件是“电压控制器件”,简称“压控器件”。“电压控制器件”输入的是电压信号,是高阻抗输入,只需要较小的驱动功率;例如:场效应晶体管(FET)是电压控制器件、MOS电路是电压控制器件。 Q:为什么BJT是电流控制器件而FET和MOS是电压控制器件? A:BJT是通过基极电流来控制集电极电流而达到放大作用的;而FET&MOS是靠控制栅极电压来改变源漏电流,所以说BJT是电流控制器件,而FET和MOS是电压控制器件。 Q:什么是驱动电路? 主电路和控制电路之间,用来对控制电路的信号进行放大的中间电路,称为驱动电路。功率驱动电路: 一般情况下,无论是数字电路还是模拟电路,为了减小功耗,那么在内部信号处理和计算的时候,电压、电流比较小,那么这些信号对外部的驱动能力也就很小。但是比如电机啊啥的一些外部的设备,他们的功率比较高,如果直接用这些内部计算得到的信号去驱动他们显然是不行的。那么就需要有功率驱动电路了。有这些控制信号来控制功率驱动电路,由功率驱动电路产生大功率信号,来驱动外部设备(如:电机)。这就是它的作用了。

功率驱动电路

0 引言 无刷直流电动机是随着电力电子技术和高性能永磁材料而迅速发展并得到广泛应用的新机种。无刷直流电动机不仅保持了传统直流电动机良好的动、静态调速特性,且结构简单,运行可靠,易于控制,维护方便,寿命长。它的应用从最初的军事工业,向航空航天、医疗、信息、家电以及工业自动化领域迅速发展。无刷直流电动机已经不是专指具有电子换相的直流电机,而是泛指有刷直流电动机外部特性的电子换相电机。 1 无刷直流电机功率驱动电路 无刷直流电动机一般由电子换相电路、转子位置检测电路和电动机本体3部分组成,电子换相电路一般由控制部分和驱动部分组成,而对转子位置的检测一般用位置传感器完成。工作时,控制器根据位置传感器测得的电机转子位置有序地触发驱动电路中的各个功率管,进行有序换流,以驱动直流电动机。 无刷直流电动机的功率驱动电路采用以IR公司的专用驱动芯片IR2130为中心的6个N 沟道的MOS-FET管组成的三相全桥逆变电路,其输入是以功率地为地的PWM波,送到IR2130的输入端口,输出控制N沟道的功率驱动管MOSFET,由此驱动无刷直流电动机。采用这种驱动方式主要是功率驱动芯片IR2130对“自举”技术形成悬浮的高压侧电源的巧妙运用,简化了整个驱动电路的设计,提高了系统的可靠性,而且IR2130驱动芯片内置死区电路,以及过流保护和欠压保护等功能,大大降低了电路设计的复杂度,进一步提高了系统的可靠性。 2 IR2130驱动芯片的特点 IR2130可用来驱动母线电压不高于600 V电路中的功率MOS门器件,其可输出的最大正向峰值驱动电流为250 mA,而反向峰值驱动电流为500 mA。由于它内部设计有过流、过压及欠压保护、封锁和指示网络,可使用户方便地用来保护被驱动的MOS门功率管。加之

直流电机驱动电路设计_PDF

一、直流电机驱动电路的设计目标 在直流电机驱动电路的设计中,主要考虑一下几点: 1.功能:电机是单向还是双向转动?需不需要调速?对于单向的电机驱动,只要用一 个大功率三极管或场效应管或继电器直接带动电机即可,当电机需要双向转动时,可以使用由4个功率元件组成的H桥电路或者使用一个双刀双掷的继电器。如果不需要调速,只要使用继电器即可;但如果需要调速,可以使用三极管,场效应管等开关元件实现PWM(脉冲宽度调制)调速。 2.性能:对于PWM调速的电机驱动电路,主要有以下性能指标。 1)输出电流和电压范围,它决定着电路能驱动多大功率的电机。 2)效率,高的效率不仅意味着节省电源,也会减少驱动电路的发热。要提高电路的效率,可以从保证功率器件的开关工作状态和防止共态导通(H桥或推挽电路可能出现的一个问题,即两个功率器件同时导通使电源短路)入手。 3)对控制输入端的影响。功率电路对其输入端应有良好的信号隔离,防止有高电压大电流进入主控电路,这可以用高的输入阻抗或者光电耦合器实现隔离。 4)对电源的影响。共态导通可以引起电源电压的瞬间下降造成高频电源污染;大的电流可能导致地线电位浮动。 5)可靠性。电机驱动电路应该尽可能做到,无论加上何种控制信号,何种无源负载,电路都是安全的。 二、三极管-电阻作栅极驱动 1.输入与电平转换部分:

输入信号线由DATA引入,1脚是地线,其余是信号线。注意1脚对地连接了一个2K欧的电阻。当驱动板与单片机分别供电时,这个电阻可以提供信号电流回流的通路。当驱动板与单片机共用一组电源时,这个电阻可以防止大电流沿着连线流入单片机主板的地线造成干扰。或者说,相当于把驱动板的地线与单片机的地线隔开,实现“一点接地”。 高速运放KF347(也可以用TL084)的作用是比较器,把输入逻辑信号同来自指示灯和一个二极管的2.7V基准电压比较,转换成接近功率电源电压幅度的方波信号。KF347的输入电压范围不能接近负电源电压,否则会出错。因此在运放输入端增加了防止电压范围溢出的二极管。输入端的两个电阻一个用来限流,一个用来在输入悬空时把输入端拉到低电平。不能用LM339或其他任何开路输出的比较器代替运放,因为开路输出的高电平状态输出阻抗在1千欧以上,压降较大,后面一级的三极管将无法截止。 2.栅极驱动部分: 后面三极管和电阻,稳压管组成的电路进一步放大信号,驱动场效应管的栅极并利用场效应管本身的栅极电容(大约1000pF)进行延时,防止H桥上下两臂的场效应管同时导通(“共态导通”)造成电源短路。 当运放输出端为低电平(约为1V至2V,不能完全达到零)时,下面的三极管截止,场效应管导通。上面的三极管导通,场效应管截止,输出为高电平。当运放输出端为高电平(约为VCC-(1V至2V),不能完全达到VCC)时,下面的三极管导通,场效应管截止。上面的三极管截止,场效应管导通,输出为低电平。 上面的分析是静态的,下面讨论开关转换的动态过程:三极管导通电阻远小于2千欧,因此三极管由截止转换到导通时场效应管栅极电容上的电荷可以迅速释放,场效应管迅速截止。但是三极管由导通转换到截止时场效应管栅极通过2千欧电阻充电却需要一定的时间。相应的,场效应管由导通转换到截止的速度要比由截止转换到导通的速度快。假如两个三极管的开关动作是同时发生的,这个电路可以让上下两臂的场效应管先断后通,消除共态导通现象。 实际上,运放输出电压变化需要一定的时间,这段时间内运放输出电压处于正负电源电压之间的中间值。这时两个三极管同时导通,场效应管就同时截止了。所以实际的电路比这种理想情况还要安全一些。 场效应管栅极的12V稳压二极管用于防止场效应管栅极过压击穿。一般的场效应管栅极的耐压是18V或20V,直接加上24V电压将会击穿,因此这个稳压二极管不能用普通的二极管代替,但是可以用2千欧的电阻代替,同样能得到12V的分压。 3.场效应管输出部分: 大功率场效应管内部在源极和漏极之间反向并联有二极管,接成H桥使用时,相当于输出端已经并联了消除电压尖峰用的四个二极管,因此这里就没有外接二极管。输出端并联一个小电容(out1和out2之间)对降低电机产生的尖峰电压有一定的好处,但是在使用PWM 时有产生尖峰电流的副作用,因此容量不宜过大。在使用小功率电机时这个电容可以略去。

两款直流电机功率驱动芯片及其应用

两款直流电机功率驱动芯片及其应用 随着功率电子技术的飞速发展,直流电机的功率驱动集成电路也越来越多,它们具有效率高、输出电流大、需要外接的元件少等特点。本文介绍SA60 以及LMD18245 这两种芯片的引脚功能、特点及其各自的应用。 SA60 和LMD18245 分别是美国Apex 公司和NS 公司推出的面向中小型直流电机的全桥功率输出电路。它们既具有在外接少量元件的情况下实现电机的功率驱动、控制以及提供保护等功能的共性,又具有各自特色。下面就其引脚、功能特点及其典型应用作一个介绍。 两芯片的主要性能参数及其特点 SA60 的性能参数及应用范围 SA60 的是一个PWM 型功率输出芯片, 电路提供给电机的电源电压最大可达到80V , 能连续向负载提供10A 的电流。最大模拟输入电压5V , PWM载波频率可以到250kHz , 而效率可以高达97 %, 该芯片还可以外接一个可兼容的TTL 型的PWM 的信号来同步四象限模式的幅值和方向。SA60 主要应用在驱动中小型直流电机,D 类功率放大,轴承激励等场合。 LMD18245 的性能参数及应用范围 LMD18245 芯片可为电机提供最大55V 的电源电压,逻辑电路电压12V ,最大持续电流输出3A ,峰值电流可达6A ,最小输入脉冲宽度2μS ,电流传感器最大线性误差±9 %。与SA60 一样, 该功率输出级具有很高的效率。由于在芯片中集成了四位D/ A转换器和电机电流传感器、固定切断时间的斩波放大器等电路, 所以LMD18254 很容易完成对电机电流的数字控制,实现步进电机的微步驱动。因此,该芯片主要用于小型直流电机特别是步进电机的控制和驱动上。 引脚及其功能 外形 SA60 和LMD18245 的外形封装。电路共有12个引脚,其中10、7 两脚分别是H 桥和PWM 及桥的驱动级电源端; 9、11 为功率信号输出端, 其输出波形与输入信号的关系是:9 脚输出PWM 信号的占空比随输入信号电压的增加而增大,11 脚却反之; 1、6脚为接地端, 前者是模拟接地端, 后者是功率接地端;8、12 端可以直接接功率地, 也可以通过一个电阻接地,作为限流感用,该端的电压最大值为±2V ;2、4 两端分别是模拟和数字控制信号的输入端。 LMD18245 各引脚功能 LMD18245 的内部结构框图。9 脚是电源端; 1、15 脚功率桥的输出端; 12、5 脚分别是信号地和功率电路接地端; 4、6、7、8 是D/ A 转换器的二进制数据输入端, 其中4 脚为二进制数的最高位;10 脚是紧急停止控制端,高电平有效; 11 脚为方向逻辑输入端;3 脚上联接一个并联的RC 网络,可将单稳脉冲宽度设置为: 1. 1 RC 秒。此外, 该芯片还提供了电流传感器放大输出端(13 脚) ,比较信号输出端(2 脚) ,和数模转换参考电压输入端(14 脚) 。 芯片的应用实例 虽然这两个芯片都是开关式全桥功率驱动电路,由于内部结构的不同,工作方式也不尽相同,所以在作为电机控制电路时,电路的工作方式也各有特点。图4 是SA60 驱动直流电动机时的典型接线图,在该图中芯片被联接成模拟输入方式, 在数字输入端(2 脚) 与模拟地之间联接一个电容器CT ,改变它的大小,可以调整PWM 载波的频率在22~250kHz之间变化的。 虽说LDM18245 的持续电流输出的指标还不足SA60 的三分之一,但在控制方式上有它灵

大功率LED恒流驱动电路的设计实例

欲打印此文章,从您的浏览器菜单中选择“文件”后再选“打印”。 大功率LED恒流驱动电路的设计实例 上网时间:2006年05月01日 虽然大功率LED现在还不能大规模取代传统的白炽灯,但它们在室内外装饰、特种照明方面有着越来越广泛的应用,因此掌握大功率LED恒流驱动器的设计技术,对于开拓大功率LED的新应用至关重要。LED按照功率和发光亮度可以划分为大功率LED、高亮度LED及普通LED。一般来说,大功率LED的功率至少在1W以上,目前比较常见的有1W、3W、5W、8W和10W。已大批量应用的有1W和3W LED,而5W、8W和10W LED的应用相对较少。预计大功率LED灯会在2008年奥运会上大量应用,因此电子和照明行业都非关注LED照明新技术的发展应用。 恒流驱动和提高LED的光学效率是LED 应用设计的两个关键问题,本文首先介绍大功率LED的应用及其恒流驱动方案的选择指南,然后以美国国家半导体(NS)的产品为例,重点讨论如何巧妙应用LED恒流驱动电路的采样电阻提高大功率LED的效率,并给出大功率LED驱动器设计与散热设计的注意事项。 驱动芯片的选择 LED驱动只占LED照明系统成本的很小部分,但它关系到整个系统性能的可靠性。目前,美国国家半导体公司的LED驱动方案主要定位在中高端LED照明和灯饰等市场。灯饰分为室内和室外两种,由于室内LED灯所应用的电源环境有AC/DC和DC/DC转换器两种方式,所以驱动芯片的选择也要从这两方面考虑。

图1:利用DC/DC稳压器FB反馈端实现从恒压驱动(左图)到恒流驱动(右图)的转换。 1. AC/DC转换器 AC/DC分为220V交流输入和12V交流输入。12V交流电是酒店中广泛应用的卤素灯的电源,现有的LED可以在保留现有交流12V的条件下进行设计。针对替代卤素灯的设计,美国国家半导体LM2734的主要优势是体积小、可靠性高、输出电流高达1A,恰好适合卤素灯灯口直径小的特点。取代卤素灯之后,LED灯一般做成1W或3W。LED灯与卤素灯相比有两大优势:(1)光源比较集中,1W照明所获得的亮度等同于十几瓦卤素灯的亮度,因此比较省电;(2) LED灯的寿命比卤素灯长。LED灯的主要弱点是灯光的射角太窄,成本相对较高。但从长远来看,由于LED灯的寿命较长,所以还是具有非常大的成本优势。220V AC/DC转换器(例如LM5021)主要锁定舞台灯和路灯市场。 图2:在FB反馈端和RFB之间放置一个运算放大器以降低功耗。

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