高頻隔離驅(qū)動電路

1、高頻隔離驅(qū)動電路一、方案論證由 ms430 單片機編程產(chǎn)生頻率范圍為10khz40khz 兩路反相pwm 信號，將這兩路信號送入光耦隔離電路，進行隔離保護，再將保護后的信號送到h 型橋式電路，橋式電路由 4 個功率場效應(yīng)管構(gòu)成。二、原理分析單片機編程產(chǎn)生頻率范圍為10khz40khz 兩路反相pwm 信號，可由單片機中的timer-a 模塊，寫入其中的控制字即可產(chǎn)生信號。光耦電路由芯片2501 構(gòu)成，其引腳圖如圖1 所示。圖1 h 型橋式電路由芯片ir2111 構(gòu)成，其引腳圖如圖2 所示。圖 2 ir2111 芯片的典型應(yīng)用原理圖3：圖 3 ir2111 是功率 mosfet 和igbt 專用

2、柵極驅(qū)動集成電路, 可用來驅(qū)動工作在母線壓高達 600v 的電路中的 n溝道功率 mos 器件。采用一片ir 2111 可完成兩個功率元件的驅(qū)動任務(wù) , 其內(nèi)部采用自舉技術(shù), 使得功率元件的驅(qū)動電路僅需一個輸入級直流電源; 可實現(xiàn)對功率 mosfet 和igbt 的最優(yōu)驅(qū)動 , 還具有完善的保護功能。圖3中上管是指接到高電壓端的n 溝道 mosfet 或igbt,注意應(yīng)外接或內(nèi)置保護、續(xù)流二極管 , 下管是指接到低電壓端的mosfet 或igbt。 vcc 是給 ir2111 供電的電源 , 以15v 為最佳。 vcc 降低至 10v, ir2111 也能工作 , 但會增加 mosfet 或i

3、gbt的開關(guān)損耗。in 是控制信號的輸入端, 輸入等效電阻很高, 可直接連接來自微處理器、光耦或其它控制電路發(fā)出的信號。邏輯輸入信號與cmos 電平兼容 , 在vcc 是15v 時, 0 6v的電壓為邏輯 0; 6.4 15v 的電壓為邏輯 1。輸入端電壓為邏輯1 時, ir2111 輸出端 ho 輸出高電平 , 驅(qū)動上管 ; 輸出端 lo 輸出低電平 , 關(guān)閉下管。輸入端電壓為邏輯0 時, 情況正好相反。 ir2111 內(nèi)部設(shè)置了 650ns 的死區(qū)時間 (deadtime) , 可防止上下管直接導(dǎo)通造成短路事故。com 是接地端 , 直接和下管 mosfet 的源極 s或igbt的發(fā)射極

4、e相連。ho 、lo 分別是上、下管控制邏輯輸出端, 邏輯正時輸出典型電流為250ma, 邏輯正時輸出典型電流為500ma, 輸出延遲時間不會超過130ns。vb 是為高壓側(cè)懸浮電源端, vs 是高壓側(cè)懸浮地, 它們的電位會隨上管的導(dǎo)通截止而變化 , 變化幅度可高達近600v。上、下管電容里存儲的電荷, 用來快速導(dǎo)通上、下功率管, 一般使用 0.47 f 以上的非電解電容。上管電容的充電是在下管導(dǎo)通或負載有電流流過時自行完成的, 也稱自舉電容。充電回路是vcc上管電容充電二極管上管電容下管或負載com ?？刂菩盘栭L時間的為邏輯1, 會導(dǎo)致上管電容的電荷用盡而截止上管, 因此控制信號的占空比不能

5、為100% 。上管電容充電二極管用來防止上管導(dǎo)通時, 高壓電竄入 vcc 端損壞低壓器件, 也稱自舉二極管。在高端器件開通時, 自舉二極管必須能夠阻止高壓, 并且應(yīng)是快恢復(fù)二極管, 以減小從自舉電容向電源vcc 的回饋電荷。其反向耐壓應(yīng)大于功率端電壓, 恢復(fù)時間應(yīng)小于 100ns。上、下管保護電阻的作用, 是通過其延緩功率管極間電容的沖、放電速度, 從而降低不必要的高開關(guān)速度, 起到保護功率管的作用, 一般阻值在幾個到幾十個歐姆。三、原理電路高頻隔離驅(qū)動電路原理圖如圖4所示圖4 利用 msp430產(chǎn)生兩路反相pwm 信號，程序如下所示。#include msp430 x16x.h void m

6、ain( void ) wdtctl = wdtpw + wdthold; tactl=tassel_2+taclr+taie; dcoctl=dco0+dco1+dco2; bcsctl1=rsel2+rsel1+rsel0; ccr0=256-1; cctl1=outmod_7; ccr1=128; p1dir |=0 x01; p1sel |=0 x01; cctl2=outmod_7; ccr2=128; p1dir |=0x02; p1sel |=0 x02; p1out =0x02; tactl |=mc0; for(;) _bis_sr(lpm3_bits); _nop(); 四

7、 參數(shù)分析及計算1、負載功率計算：由該 h 型驅(qū)動電路的工作原理可得，對于電阻性負載，當主電路供電電壓為u，其功率大小如下：2uwr根據(jù)電阻要求 r=36，功率為 10w，可以得出主電路的電壓為19v. 2、功率效應(yīng)管的開啟電壓大于零，選電阻為100。3、由于光耦隔離芯片的驅(qū)動電流要10ma ，選擇電阻為 200。五 測試方案及步驟（含儀器設(shè)備）1）測試單片機 msp430 的引腳輸出的 pwm 的波形；2）測試光耦隔離驅(qū)動前的波形；3）測試光耦隔離驅(qū)動后的波形。六 測試結(jié)果記錄1）、單片機輸出波形如圖5 所示。圖 5 2）、光耦后的輸出波形如圖6 所示圖63）、ir2111 輸?shù)牟ㄐ稳鐖D 7

8、 所示。圖 7 4）、負載兩端電壓波形如圖8 所示。圖 8 七 測試結(jié)果分析（包過誤差分析）測試時，發(fā)現(xiàn)輸出的波形不是方波，原因是經(jīng)過光耦隔離是發(fā)生了變化，由于芯片 c501 的功能驅(qū)動電流要10ma, 我們選的電阻為 200。 由于電阻的選擇波形就發(fā)生了變化。八 設(shè)計總結(jié)（包過改進方案）由于單片機上的電壓很小，要經(jīng)過功率場效應(yīng)管工作時，必須加一節(jié)光耦電路，為起到很好的隔離作用，所以從單片機上輸出來的信號的“地”與從光耦電路出來的信號的“地“要分開來接。九 元器件清單序號標號名稱型號規(guī)格數(shù)量1 光耦合芯片6137n2 2 集成驅(qū)動2111ir2 3 場效應(yīng)管3710trf4 4 q1q4 二極管4001if3 5 c1