- 5樓
Re: IR驅動器: IR公司 推出焊前金屬的絕緣柵雙極晶體管
- TMs320LF2407A的PDPINT引腳連接驅動器IR2132的FAULT引腳，接收它輸出的制動信號。整個驅動電路只需要外接+12V電源電壓和伺服電機所需要的電源(本設計用的是60V)。整個驅動電路的保護功能由驅動器IR2132來實現。驅動電路的保護電路主要有兩部分：自保護電路和過電流欠電壓保護電路。外圍電路中的電流檢測電阻通過引腳Vso的設定值與流入CA一引腳的電流在反饋電阻上產生的電壓相比較，如果超出設定或調整的Vso參考值，IR2132驅動器的內部電流保護電路啟動，關斷輸出通道，實現電流保護的作用，驅動電路上的D4點亮。IR2132芯|片內部也有硬件保護電路。如果負載或驅動電路出現過電流或欠電壓的情況，IR2132驅動器的FAULT引腳會輸出制動信號，通常這個輸出信號連接到DSP的PDPINT引腳上，拉低PDPINT引腳的輸入電平，關斷DSP的所以輸出通道并置為高阻態，實現整個控制電路的保護作用。
- 作者：aaa 2009-11-18 19:04:00
- 4樓
Re: IR驅動器: IR公司 推出焊前金屬的絕緣柵雙極晶體管
- 有任何故障狀態出現時PDPINT引腳被拉為低電平，此時DSP內部定時器立即停止計數，所有PWM輸出引腳全部呈現高阻狀態，現時產生中斷信號，通知CPU有異常情況發生。請解釋一下為什么PDPINT引腳能被拉為低電平,為什么是PWM輸出引腳全部成高阻狀態?
- 作者：犯得上 2009-11-18 17:04:00
- 3樓 Re: IR驅動器: IR公司 推出焊前金屬的絕緣柵雙極晶體管
- 基于IR2132驅動器的TMS320LF2407A測試板驅動電路,由自保護和過電流及欠電壓保護組成,并選擇長線傳輸分配脈沖信號.電流在反饋電阻上產生的電壓超出設定值時,IR2132啟動內部保護電路,關斷輸出通道,實現電流保護.若負載或驅動電路出現過電流或欠電壓,IR2132的FAULT引腳輸出制動信號,拉低PDPINT引腳輸入電平,關斷DSP輸出通道并置為高阻態,實現整個控制電路保護.
開關電容變換器是一種典型的無感變換器，它不含任何磁性元件，僅由電容和開關管組合起來，因此這種變換器具有體積小、重量輕等優點。開關電容網絡在功率因數校正(PFC)、濾波等方面都有廣泛的應用，但在直流無刷電機驅動電路中的應用還相對較少，本文提出用開關電容變換器作為直流無刷電機驅動模塊中自舉電容的充電泵電路，并做了詳細的理論分析和電路設計。
直流無刷電機的主電路一般為三相橋式變換器，在傳統的驅動方法中，高端的三個開關管都必須有各自的獨立驅動電源，這樣就使整個電路的體積及復雜性大大增加。對于專門用于橋式變換器的驅動芯片（如IR2110,IR2132 等），可以在僅用一個獨立電源的情況下，通過自舉電容來為高端開關管的驅動電路供電[1]。這種通過自舉電容供電的方法雖然簡單，但也有其局限性：開通時間和占空比受限于自舉電容的再充電，開關管只能工作在導通頻率比較高的情況下，如果開關管長時間導通和占空比較大時，就需要有充電泵電路來給自舉電容充電。本文提出了用開關電容變換器作為充電泵為驅動模塊中自舉電容充電的方法，通過對電路拓撲和控制策略的合理設計，能使自舉電容上的電量始終保持在一定的范圍內，從而確保MOSFET 在頻率很低的情況下也能被完全驅動。
最后對文中提出的理論和電路拓撲進行了仿真和實驗驗證，證明了本文所設計的開關電容變換器可以很好地滿足MOSFET的驅動要求。
1 自舉電路工作原理
自舉電路原理圖如圖1所示。
Vb（s 驅動電路管腳Vb和Vs之間的電壓差）給集成電路高端驅動電路提供電源，該電源電壓必須在10V 到20V 之間，以確保驅動電路能完全地驅動MOSFET。Vbs電源是懸浮電源，附加在Vs電壓上（Vs通常是一個高頻方波），通過圖1所示的自舉方式就可產生懸浮電源電壓Vbs。
電路工作原理如下：當Vs 被拉低時（通過負載或下端開關管），15V 電源Vcc 通過自舉二極管Dbs給自舉電容Cbs充電，因此給Vbs提供一個電源。Cbs 電容只在高端器件關斷，Vs 被拉到地時才被充電，因此為保證被高端驅動電路吸收掉的電容Cbs 上的電荷能得到完全補充，低端器件導通時間（或高端器件關斷時間）應盡量長，這樣開關管導通時間和占空比就被自舉電容的再充電所限制。當開關管長時間導通和占空比較大時就需要有充電電路給自舉電容補充電荷，本文提出的開關電容變換器就可實現這種充電功能。
2 開關電容變換器工作原理分析
基本開關電容變換器的結構如圖2所示[2,3,4]：
圖2中C1和C2分別是源電容和負載電容，S1和S2是MOSFET開關管。基本開關電容變換器通常具有兩個工作狀態：
狀態I S1導通，S2截至，C1被Vs充電，C2向負載放電；
狀態II S1截至，S2導通，C1向C2和負載放電，補充的儲能。
本文在基本開關電容變換器工作原理的基礎上，提出了適用于橋式電路，可以為高端驅動電路中自舉電容充電的開關電容變換器，電路拓撲結構如圖3所示。
圖3中Vs為直流電源，為低端開關管的驅動電路供電，同時通過開關電容網絡給高端驅動電路中的自舉電容充電。C1為源電容，C2、C3、C4為負載電容，Si( i 等于1，2，…，8)為MOSFET開關管，Di （i等于1，2，…，6）的作用是為防止Si 關斷期間MOSFET的體內寄生反向二極管導通，標號A和B 表示該端口彼此連接在一起，SP1、SP2 和SP3分別接高端驅動電路中的自舉電容。
圖3所示開關電容變換器共有四個工作狀態：狀態I 開關S1、S2導通，其它開關管都關斷，
電源Vs給電容C1充電；
狀態II 開關S3、S4導通，其它開關管都關斷，電容C1向C2放電，補充C2的儲能；
狀態III 開關S5、S6導通，其它開關管都關斷，電容C1向C3放電，補充C3的儲能；
狀態IV 開關S7、S8導通，其它開關管都關斷，電容C1向C4放電，補充C4的儲能。
四個工作狀態的工作邏輯，即四組開關管的導通順序如圖4所示。
3 控制方法
采用DIONICS 公司生產的光伏MOSFET 驅動芯片來驅動開關電容變換器中8 個MOSFET 開關管，其驅動電路如圖5所示。
圖5中脈沖為低電平時，紅外發光二極管LED導通，紅外線光觸發光電二極管陣列PV，AB端輸出開路電壓值為9.5V到11.5V的電壓，該電壓施加在MOSFET開關管的柵極和源極之間，所以當脈沖信號為低電平時MOSFET導通；同理，當脈沖信號為高電平時，MOSFET關斷。
脈沖信號由單片機產生，通過單片機I/O 口輸出4組時序如圖6所示的脈沖信號波形來控制4 組開關管的通斷，使開關電容變換器按上面分析的4個工作狀態和時序進行工作。
4 仿真和實驗結果
采用PSPICE 軟件對主電路進行仿真，用PROTEUS軟件對單片機進行仿真。
仿真參數為：獨立電壓源Vs ＝18V，開關管Si通態電阻Ron＝6 Ω，電容C1＝C2=C3=C4=10 µF，S1,S2的開關周期為T＝72 µs , ton=24 µs , 開關管S3,S4,S5,S6,S7,S8的周期為T＝216 µs，ton=24 µs。單片機I/O口輸出波形及電容上的電流和電壓波形如圖8、圖9 所示。
S5、S6 與S7、S8 的控制信號波形與圖7 中S3、S4的控制信號波形相同，僅導通時間不同，各自的導通順序和圖6中分析完全一樣。
實驗中單片機型號為ATTiny26，通過編程輸出四組控制信號，8 個MOSFET 開關管都采用
BS107A， 光伏驅動芯片采用DIONICS 的DIG-11-8-30-DD，實驗參數和仿真參數相同。實驗波形如圖10、圖11所示。
5 結語
分析了開關電容變換器在直流無刷電機驅動電路中的應用。采用文中提出的理論和電路拓撲可以使自舉電容在低頻情況下也能很好的滿足驅動要求，實現電路的穩定工作。通過實驗驗證了理論的正確性和電路的可行性。
作者簡介：
陳淵睿(1969-),男，博士，副教授。主要研究方向為電力電子與電力傳動系統的先進控制技術，新能源發電系統的控制技術。
姚月鋒（1982-）男，華南理工大學電力學院在讀碩士生。研究方向為電力電子與電力傳動控制，數字開關電源。
參考文獻：
[1] 馬瑞卿，劉偉國.自舉式IR2110 集成驅動電路的特殊應用[J].電力電子技術,2000，34(1):31-33.
[2] 劉健，陳治明，鐘彥儒.開關電容DC-DC 變換器的分析[J]，電子學報，1997，25(2):83-85.
[3] 劉健，陳治明，嚴百平.開關電容DC-DC 變換器的設計方法[J]，電子學報，1999，27(4):102-105.
[4] C K Tse, S C Wong,MH L Chow.On Lossless Switched -Capacitor Power Converters[J]. IEEE Trans on Power Electronics, 1995, 10(3):286-291.
- 作者：jilao 2009-11-18 16:49:00
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