功率驱动电路
大功率驱动电路
图4-6 小功率三极管输出电路
2. 达林顿驱动电路
当驱动电流需要达到几百毫安时，如驱 动中功率继电器、电磁开关等装置，输出电 路必须采取多级放大或提高三极管增益的办 法。达林顿阵列驱动器是由多对两个三极管 组成的达林顿复合管构成，它具有高输入阻 抗、高增益、输出功率大及保护措施完善的 特点，同时多对复合管也非常适用于计算机 控制系统中的多路负荷。
固态继电器SSR是一个四端组件，有两个输入 端、两个输出端，其内部结构类似于图3-7-7中的 晶闸管输出驱动电路。图3-7-8所示为其结构原理 图，共由五部分组成。光耦隔离电路的作用是在输 入与输出之间起信号传递作用，同时使两端在电气 上完全隔离；控制触发电路是为后级提供一个触发 信号，使电子开关（三极管或晶闸管）能可靠地导 通；电子开关电路用来接通或关断直流或交流负载 电源；吸收保护电路的功能是为了防止电源的尖峰 和浪涌对开关电路产生干扰造成开关的误动作或损 害，一般由RC串联网络和压敏电阻组成；零压检 测电路是为交流型SSR过零触发而设置的。
3.7.1 三极管驱动电路
对于低压情况下的小电流开关量，用功 率三极管就可作开关驱动组件，其输出电流 就是输入电流与三极管增益的乘积。
1 .普通三极管驱动电路
当驱动电流只有十几 mA或几十 mA时，只要采用一 个普通的功率三极管就能构成驱动电路，如图 3-7-1所示。
+5V
330
LED 3.3K Di 7406
A
T2
G
G K
T1
双向晶闸管也叫三端双向可控硅，在结构上相 当于两个单向晶闸管的反向并联，但共享一个控制 极，结构如图（b）所示。当两个电极T1、T2之间 的电压大于1.5V时，不论极性如何，便可利用控制 极G触发电流控制其导通。双向晶闸管具有双向导 通功能，因此特别适用于交流大电流场合。
大功率mos管驱动电路
大功率mos管驱动电路大功率MOS管驱动电路是一种常见的电路设计，它能够有效地驱动高功率的MOS管，以实现电路的高效工作。
本文将从电路原理、设计要点和常见问题等方面进行介绍。
一、电路原理大功率MOS管驱动电路主要由信号发生器、驱动电路和MOS管组成。
信号发生器产生所需的驱动信号，驱动电路将信号进行放大和整形，然后通过电流放大器将信号输出给MOS管。
MOS管根据驱动信号的变化，控制其通断状态，从而实现对电路的控制。
二、设计要点1.选择合适的MOS管：在大功率应用中，选择合适的MOS管至关重要。
一方面，要考虑其额定电流和功率，确保能够承受所需的负载；另一方面，还要考虑其开关特性和导通电阻等参数，以提高电路的效率和稳定性。
2.驱动电路的设计：驱动电路应能够提供足够的电流和电压来驱动MOS管。
一般采用放大器和电流放大器的组合来实现。
放大器负责放大信号的幅度，而电流放大器则负责提供足够的电流给MOS管。
同时，还要考虑到驱动电路的响应速度和抗干扰能力。
3.防止过热和电磁干扰：由于大功率MOS管在工作过程中会产生较大的功耗和电磁干扰，因此需要采取相应的措施来防止过热和干扰。
例如，可以在电路中加入散热器和滤波电路，以提高电路的稳定性和抗干扰能力。
4.保护电路的设计：在大功率应用中，由于电流和电压较大，一旦发生故障可能会对电路和设备造成严重损坏。
因此，需要在电路中加入过流、过压和过温等保护电路，以保证电路和设备的安全运行。
三、常见问题1.如何选择合适的MOS管？选择MOS管时，需要考虑所需的电流和功率，以及其开关特性和导通电阻等参数。
同时，还需要考虑其封装形式和散热性能等因素。
2.如何设计驱动电路？驱动电路应能够提供足够的电流和电压来驱动MOS管。
一般采用放大器和电流放大器的组合来实现。
同时，还要考虑到驱动电路的响应速度和抗干扰能力。
3.如何防止过热和电磁干扰？可以在电路中加入散热器和滤波电路，以提高电路的稳定性和抗干扰能力。
大功率LED驱动电路
此外，通常 LED 的伏安特性具有负温度系数，大约为－2mV/℃。如果 LED 工作温度升
高，其正向导通电压下降，如图 4 所示。如果采用恒压源供电，LED 工作温度越高，其正向
导通电压越小从而导致其工作电流越大，这是个正反馈过程，如果 LED 散热面积不够则会导
致其工作温度迅速增大，LED 可能因为过热而加速老化甚至损坏。因此，基于大功率 LED 正 向电压的微小变化可引起正向电流的较大的变化和伏安特性具有负温度系数两方面因素，大 功率 LED 必须采用恒流源而不是恒压源供电。
与传统的照明灯相比，LED 具有如下优点： （1）寿命长，可靠耐用，维护费用低廉。LED 可连续使用 10 万小时，大功率 LED 寿命 也可达 5 万小时以上，比普通白炽灯泡长 100 倍； （2）效率高、耗电小。现在商用大功率已经可以达到 1501m/w，最终可达到 200lm/W。 LED 的光谱几乎全部集中于可见光区域，其发光效率可达 80％～90％，比节能灯还要节能 1/4。 以 12 英寸的红色交通信号灯为例，若采用低光效的 140W 白炽灯作为光源，所产生的 2000lm 的白光经红色滤光片后损失 90％，只剩下 2001m 的红光，而采用 18 个红色 LED 即可产生同 样的光效，但其耗电仅为 14W（包括电路损失）； （3）绿色环保：由于采用电致发光的原理，不像荧光灯含有汞成分，废物可以回收，并 且光谱中几乎没有紫外线和红外线，故没有辐射，是很好的绿色照明光源； （4）点亮速度快。汽车信号灯是 LED 光源应用的一个重要领域，由于 LED 响应速度快 (ns 级)，在汽车上安装高位 LED 刹车灯，可以减少汽车追尾事故的发生； （5）适用性广泛：LED 元件的体积可以做得非常小，更加便于各种设备的布置和设计， 适合于各种场合； （6）控制管理：LED 可以集中控制，也易于分散控制或对点进行调节控制，通过控制电 路很容易调控亮度，实现多样的动态变化效果。 尽管 LED 具有许多优点，但目前仍存在下述缺点： （1）功率低。市面上的单个 LED 功率一般在 10W 以下，这是目前 LED 难以成为照明首 选的最大瓶颈； （2）需要严格控制工作温度。LED 是一种半导体材料，与普通二极管一样具有 PN 结， 由于大功率 LED 的工作电流比较大，所以与功率半导体器件相同，需要考虑散热问题，结温 过高会直接影响 LED 的寿命，并且会增大 LED 的光衰，情况严重的会将 LED 烧坏； （3）价格高。除了功率低，价格是 LED 难以大规模应用的主要因素。目前 1W 级白光 LED 大约 15 元／个，如果将几十个 LED 组合，其成本将大大增加； （4）驱动电路复杂、昂贵。大功率 LED 属于低电压、大电流功率器件（1W 级白光 LED 正向电压约为 3.5V，正向电流为 350mA），必须用直流恒流驱动，驱动电路还要解决从交流 电压（220V 或 110V）向直流低压（如 24V 或 48V）高效转换问题，因此驱动电路较复杂、 昂贵。 总体而言，LED 光源在很多领域有着其他光源无法替代的优势，具有广阔的发展前景。 虽然高昂的价格还限制着 LED 灯进入家庭照明，但从长远来看 LED 必将替代传统电光源。 功率 LED 最早由 HP 公司于 20 世纪 90 年代初推出“食人鱼”封装结构的 LED，并于 1994 年推出改进型的“Snap LED”，有两种工作电流，分别为 70mA 和 150mA，输入功率可达 0.3W。 单芯片瓦级功率 LED 最早由 Lumileds 公司于 1998 年推出的 Luxeon LED，该封装结构首次采 用热电通路分离的形式，将倒装芯片用硅载体直接焊接在热沉上，并采用反射杯、光学透镜
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。
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(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。
图1 H 桥驱动原理电路图2.2 开关器件的选择及H 桥电路设计常用的电子开关器件有继电器，三极管， MOS 管， IGBT 等。
功率驱动接口电路设计
功率驱动器件与MCU/DSC的接口电路设计技巧由于MCU和DSC的成本大幅下降，目前多数马达控制设计中都使用MCU和数字信号控制器（DSC）来执行马达控制算法。
本文介绍了一些方法和技巧，可将MCU或DSC的逻辑层输入/输出口（I/O）与功率电子驱动电路接口，并讲述了如何正确地进行相关硬件及软件开发的方法。
在进行MCU或DSC的逻辑层输入/输出口（I/O）与功率电子驱动电路的接口设计时，除了性能和价格需要权衡考虑外，还有许多方面要折衷处理。
我们可根据以下问题来选择接口元件：1.本电路需要驱动何种马达？2.该马达采用何种算法进行控制？3.控制器外设可简化哪些接口要求？4.电气安全要求是什么？5.此设计是否用于产品开发？栅极驱动接口电路半桥输出电路结构可用于控制多种马达，包括有刷直流马达、无刷直流马达、交流感应式马达及永磁交流马达。
电源级电路需要一个栅极驱动接口电路，该电路至少应具备以下功能：1.将MCU的逻辑输出电平进行转换，在晶体管的栅极和源极间提供一个10-15V的电平。
2.在晶体管的开通和关断时提供足够大的驱动电流，以克服米勒电容的影响。
高端输出器件向来是栅极驱动接口电路的一个问题。
在电源输出级电路中，无论是高端或低端输出都应该采用N沟道器件。
在裸片尺寸和击穿电压固定的情况下，P沟道器件的导通电阻往往比N沟道器件高。
使用P沟道器件可简化栅极驱动电路，但会增加设计成本。
裸片尺寸越大成本越高，而且P沟道器件往往比同类的N沟道器件成本高。
由于低端器件的电位是相对于电路的接地点而言的，因此在电源级电路中产生一个用于低端器件的栅极电源电压十分容易。
栅极控制电压必须以源极电压为参考，在高端晶体管中它是满幅电压。
因此，电源级电路中的高端器件需要一个栅极电源，该电源基于源极电压上下浮动。
现在有许多便宜的IC可简化栅极驱动电路的设计。
但其中有些只是简单的大电流驱动电路，不具备高端器件所需的电平转换电路。
另一些则包括电平转换电路，可直接与逻辑及功率器件接口。
功率驱动电路
+12V
L 6
D R3
+24V
2 I C2 7 R1
3
M1
E
R4
R2
Vss
4
5 IF
8 I C1
3 6 VF
PWM
Vcc +5V
3.MOS管高端驱动电路
高端驱动集成电路主要用在功率MOS开关管不能直接接地 的电路中，如BUCK降压电路等。典型低端集成驱动电路有 IR公司的IR2117等。
Vcc IN
200
105
180
80
130
40
65
单位 V V V V V
mA mA
V V nS nS nS nS
由单片机控制为IR2117驱动的BUCK降压电路如下所示。 图中IC1为MC9S08SH8单片机，IC2为高端驱动电路，元
件L、D、M1、E构成BUCK降压电路。
+300V
M1
L
Vout
R1
D1
C1
COM
IN0
OUT0
IN1
OUT1
TO MCU
ULN2003
IN6
OUT6
GND
12V VCC
三、功率MOS管驱动电路设计
功率MOS管加驱动电路的主要目的: 改善MOS管栅极驱动波形,缩短MOS管开 通和关断时间,降低开关损耗 实现电平转换 完成故障保护 实现电气隔离
电气隔离又分为： 光耦隔离，用于数十kHz以下 脉冲变压器隔离，最高可达几MHZ
为使只有一个发光管工作时,也能进行合理限流,则R1 的最大限流值取20mA.故全亮时的驱动电流为2.5mA。
R1 VCC VCE VF 5 0.3 1.2 0.175K
远驱电机功率板电路
远驱电机功率板电路
远驱电机功率板电路是一种用于驱动电机的电路板，通常由电子元器件和集成电路组成。
它通过控制电机的输入电流和电压，来实现对电机的精确控制。
远驱电机功率板电路的主要功能包括：
1.控制电机的启动、停止和方向：通过控制电机的输入电流和电压，可以控制电机的
旋转方向和速度，从而实现电机的启动、停止和方向控制。
2.保护电机和电路：远驱电机功率板电路具有过流、过压、欠压等保护功能，可以保
护电机和电路免受过流、过压等损害。
3.提高电机的效率和性能：远驱电机功率板电路可以通过控制电机的输入电流和电压，
使电机在最佳状态下工作，从而提高电机的效率和性能。
远驱电机功率板电路的应用范围非常广泛，包括电动车辆、电动工具、家用电器、工业自动化等领域。
它是一种非常重要的电子设备，可以提高电机的效率和性能，并保护电机和电路免受过流、过压等损害。
ULN2803 达林顿阵列功率驱动集成电路说明书
达林顿阵列功率驱动集成电路概述ULN2803是高耐压、大电流达林顿阵列，由八个NPN 达林顿管组成。
所有单元共用发射极，每个单元采用开集电极输出。
每一对达林 顿都串联一个2.7K 的基极电阻，直接兼容TTL 和5V CMOS 电路，可 以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据。
ULN2803 工作电压高，工作电流大，灌电流可达500mA，并且能够在关态时承受50V的电压，输出还可以在高负载电流下并行运行，很好的提供了需要多接口驱动电路的解决方案。
特点♦工作电压范围宽♦八路高增益达林顿阵列♦输出电压高（可达 50V）♦输出电流大（可达 500mA）♦可与 TTL、CMOS、PMOS 直接连接♦内置钳位二极管适应感性负载应用♦继电器驱动♦直流照明驱动♦步进电机驱动♦电磁阀♦直流无刷电机驱动产品规格分类电路框图GNDULN2803 管脚说明表极限参数电气特性参数(除非特别指定Ta=25°C)注：1、极限值是指超出该范围，器件有可能被损坏，并非器件的正常工作条件范围。
电参数表提供了器件的工作条件范围；2、除特别指明外，所有条件适用于达林顿阵列；3、通常条件下，每路输出在 70°C、VCE (Sat)= 1.6V 下脉冲宽度为 20ms 的持续工作电流为350mA。
典型特性曲线集电极峰值电流 - m ADUTY CYCLE - %图 4. 集电极峰值电流vs.几路同时导通1004006080100集电极电流 - m A饱和压降 - V图1. 集电极电流vs. 饱和压降2000.580004006001.01.52003002040集电极电流 - m A输入电流 - uA图2. 集电极电流vs. 输入电流1002004000200300400600输入电流 - m A输入电压 - V 图3. 输入电流vs. 输入电压0.542.501.02.02691.53578内部等效线路图INOUTCOMMON测试线路图OPEN+50VC图2C图7图3COPEN+50V 图8F封装外形图。
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IC
２．静态显示 用74LS164、74HC594，595串变并移位寄存器
5V VCC
LED1
R1
D7 Din
D0
CLK
由于74LS164每路输出端最大灌电流为8mA. 故限流电阻可取:
VCC VCE VF 5 0.3 1.2 R1 0.4375k IL 8
传统小功率直流电机采用线性集成电路如LB298驱 动，但功耗较大，目前主要采用开关集成电路，如MC33931 等。 1.MC33931
2.BD6230系列
3.用普通MOS管加驱动电路 采用2片IR2110的直流电机驱动电路
DC 300V R1 R6 D1 D2
M1 VB VCC HIN VS VH C2 MOTOR
0 Drive-a 8 VT2 8 VT1 5 0 R 5 5 0 2 0 4 C 1 7 0 3 0 4 u 7 F 0
1、用分立元件驱动
IRFZ44N
u
H
L
Q
Q
2
2
1
Motor
+
D
IRF9540
2
A
7.2V
-
D
Q
Q
3
4
3
IRFZ44N
IRF9540
4
7
0
u
H
L
R
3 4
Drive-b
4
C 8
VT4
如果一个电子系统中有多个信号继电器需要驱动,则可 考虑达林顿驱动集成电路，如用７路输出ULN200０系列：
8路达林顿驱动芯片ULN2800系列:
采用ULN2003的７路继电器驱动电路：
COM IN0 IN1 OUT0 12V VCC
OUT1
TO MCU
ULN2003
IN6 GND
OUT6
三、功率MOS管驱动电路设计
2.低端驱动电路(IR4426/4427/4428)
低端驱动集成电路主要用在输入端和输出端可以共地的 电路中，如Boost升压电路、单端反激式和单端正激式DC/DC 变换电路等。
Vs
INA (INB)
PREDRV
DRV
OUTA (OUTB)
GND
IR4427主要技术参数:
符号 名称 最小值 典型值 最大值 单位
M3
R2
R4 C3
VB VH VCC HIN VS
M4 M2 LIN VL C1 GND R3 R5 VL GND C4 LIN
五．步进电机驱动
１．用达林顿ＩＣ驱动 步进电机主要技术参数
名称: 额定电压 24BYJ48-01 12VDC
相数
减速比 步距角
4
1/64 5.625° /64
直流电阻
50Ω±7%(25℃)
8 PWM
Vcc
3.MOS管高端驱动电路
高端驱动集成电路主要用在功率MOS开关管不能直接接地 的电路中，如BUCK降压电路等。典型低端集成驱动电路有IR 公司的IR2117等。
Vcc IN
HV LEVEL SHIFT
VB
UV DETECT PULSE FILTRE R R S Q
_
HO Vs
PULSE GEN
关断下降时间
80
40
130
65
nS
nS
由单片机控制为IR2117驱动的BUCK降压电路如下所示。 图中IC1为MC9S08SH8单片机，IC2为高端驱动电路，元件L、 D、M1、E构成BUCK降压电路。
+300V M1 L Vout
D1 Vcc +12VC1VBR1DE
R3
Vcc
1 8
7
IN 2
I C2 3
VIN
IO+ IOVIH VIL ton toff
逻辑输入电压
输出拉电流 输出灌电流 逻辑“1”输入电压 逻辑“0”输入电压 开起延迟时间 关断延迟时间
-0.3
200 420 9.5 250 500
VCC+0.3
V
mA mA V
6.0 125 105 200 180
V nS nS
tr
tf
开起上升时间
COM
UV DETECT
IR2117芯片技术参数:
符号 VB VS VHO VCC 名称 高端浮动电源电压 高端浮动电源偏电压 高端浮动输出电压 逻辑电路电源电压 最小值 -0.3 VB-25 VS-0.3 -0.3 典型值 最大值 625 VB+0.3 VB+0.3 25 单位 V V V V
IC1
SD LIN VSS
IC2
VS
RL
VSS
LO
R2
M2
C4
控制芯片IC1产生二路逆变脉冲，经IC2驱动放大后，控制MOS管 M1和M2交替工作，这样负载RL得到一个其工作频率由控制芯片IC1 决定的,其幅值为直流母线电压一半的交流波形。
用2片ＩＲ２１１０半桥驱动集成电路的全桥逆变电路
DC 300V R1 R6 D1 D2
空载牵入频率 >600Hz
空载牵出频率 >1000Hz
控制极
1
2
3
4
5
6
7
8
5
4 3 2 1
+
-
+
-
+
+
+
+
+
+
-
-
-
基于单片机及ULN2003的步进电路驱动电路：
PTE2
1 2 3 4 5 6 7 8 16 15 14 ULN 13 2003 12 11 10 9 + 12V
4
单 片 机 PTE4
M1 VB VCC HIN VS VH C2 LOAD
M3
R2
R4 C3
VB VH VCC HIN VS
M4 M2 LIN VL C1 GND R3 R5 VL GND C4 LIN
5. 智能驱动芯片
驱动电路与MOS管合二为一,并具有过流、过热等保护
BTS7960内部结构图
四.直流电机驱动
功率驱动电路设计
一、LED数码管驱动
1、动态显示
LED有两种显示方式： 动态扫描显示。优点成 本低，缺点亮度不均匀。 静态显示。优点亮度均 匀，缺点成本高 三极管处开关状态.
VCC a b c d e f g dp
R1 ß=100 R2
Ib
目前普通发光管的最大驱动电流IF为20mA，VF为1.2V,三 极管放大倍数取100.
Vs
Vo VIN
电源电压
输出电压 逻辑输入电压
6
0 0
20
Vs Vs
V
V V
Io+
IoVIH
输出拉电流
输出灌电流 逻辑“1”输入电 压 逻辑“0”输入电 压 开通延迟时间 关断延迟时间 开通上升时间
1.5
1.5 2.7
2.3
3.3
A
A V
VIL
td1 td2 tr
0.8
85 65 15 160 150 35
功率MOS管加驱动电路的主要目的:
改善MOS管栅极驱动波形,缩短MOS管开通和
关断时间,降低开关损耗
实现电平转换
完成故障保护 实现电气隔离
电气隔离又分为：
光耦隔离，用于数十kHz以下
脉冲变压器隔离，最高可达几MHZ
2.MOS管的结构——场效应管（单极性）
工作原理： N沟道：当UGS 大于导通电压时，D-S极导通；
COM
6 Vs
R4 R2
8 PWM
Vss 4 5 I C1 6 3 +5V
IF VF
Vcc
4.半桥驱动集成电路
半桥集成驱动电路主要用在半桥或全桥变换电路中,典 型芯片有IR2110,其内部结构如下图所示:
VDD
R
HIN
S
Q
VDD/VCC LEVEL SHIFT
HV LEVEL SHIFT
UV DETECT PULSE FILTRE
VB _ R _ R _
S Q
_
HO
PULSE GEN
Vs
SD
UV DETECT
Vcc
LIN
R
VSS
S
VDD/VCC LEVEL SHIFT
LO
DELAY COM
Q
VDCBUS 用 IR2110构成的半桥逆变电路
D1 VDD1 VB HO C1 R1 M1 C3
VCC1 VDD2 HIN
VCC VDD HIN SD LIN
1
8
VT3
7 5 4
0
0
0 5
5
u 0
0
F
8
VT6
0
5
0
2.2K
R
3
2.2K
R
6
MCU_PWM0
采用分立元件的优点是成本低,缺点是功耗 大,波形上升和下降沿不够陡。解决功耗大的 方法可用小功率MOS管2N7000（60V/0.2A,N) 代替S8050,用NTK3142(-20V/0.28A,P)代替 S8550.改善波形上下沿只能加大MOS管栅极驱 动电流。
VCC
12V
二．继电器驱动
１、用分立元件 可取继电器工作电流50mA, 三极管放大倍数100，则:
K1 D1
50 Ib 0.5mA 100
IC
Q1 P1.0 R1
VCC VbE 5 0.7 R1 8.6 K Ib 0.5