本科畢業(yè)論文數(shù)字脈寬調(diào)制器的設(shè)計(jì)（定稿）

1、唐 山 學(xué) 院畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)設(shè)計(jì)題目：數(shù)字脈寬調(diào)制器的設(shè)計(jì)信息工程系06應(yīng)用電子技術(shù)（1）班系 別：_李小靜班 級(jí)：_趙慶利姓 名：_指 導(dǎo) 教 師：_2009年6月2日摘 要交流電壓電路廣泛用于燈光控制（如調(diào)光臺(tái)燈和舞臺(tái)燈光控制）及異步電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)，也用于異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速。因此本文所設(shè)計(jì)的數(shù)字脈寬調(diào)制器實(shí)現(xiàn)的就是單相交流調(diào)壓功能。本文主要介紹了數(shù)字脈寬調(diào)制器的組成電路以及主要運(yùn)用的集成芯片、電子器件，尤其是電力電子器件IGBT的使用。該設(shè)計(jì)通過(guò)比較器對(duì)參照電壓的數(shù)字量和計(jì)數(shù)器的輸出進(jìn)行比較，再利用比較結(jié)果來(lái)控制IGBT的驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)而控制IGBT的導(dǎo)通和關(guān)斷，來(lái)實(shí)現(xiàn)脈寬調(diào)制。本設(shè)計(jì)單純使用硬件

2、電路，原理簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)。關(guān)鍵詞：IGBT驅(qū)動(dòng)電路計(jì)數(shù)器比較器Digital Pulse Width ModulatorAbstractAC voltage control circuit is widely used in lighting (such as dimming control of lamps and lighting) and the soft start induction motors, but also for induction motor speed control. Therefore in this paper the design of digital pul

3、se width modulator is the realization of single-phase AC voltage regulator function.In this paper, the digital pulse width modulator circuit and the main use of the composition of the integrated chips, electronic devices, especially power electronic devices IGBT use. The design of the device by comp

4、aring the number of reference voltage and to compare the output of counter, and then use the results of the comparison to control IGBT to control the drive circuit IGBT and the turn-off to achieve the pulse-width modulation. The simple use of hardware circuit design, the principle of simple, easy to

5、 achieve.Keywords: IGBT; driver circuit;comparator;counter目 錄1引言12數(shù)字脈寬調(diào)制器的主電路22.1自關(guān)斷電子器件（IGBT）23控制電路的設(shè)計(jì)53.1脈寬調(diào)制電路5參考電壓產(chǎn)生電路5計(jì)數(shù)電路5轉(zhuǎn)換器7用555定時(shí)器接成的多諧振蕩器10數(shù)值比較15鎖存電路163.2直流穩(wěn)壓電源173.3（IGBT）驅(qū)動(dòng)電路20對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的要求20的變壓器隔離驅(qū)動(dòng)213.3.3 IGBT的直接驅(qū)動(dòng)22的光耦隔離驅(qū)動(dòng)23的集成模塊驅(qū)動(dòng)233.4同步電路25單相整流電路25光電耦合器313.4.3變壓電路33計(jì)數(shù)清零374結(jié)論39謝辭40參考文獻(xiàn)41附錄

6、42外文資料43中文翻譯451 引言許多應(yīng)用需要脈寬調(diào)制(PWM)電路，如：電壓調(diào)節(jié)器、功率控制、風(fēng)扇速度控制等。本文所設(shè)計(jì)的脈寬調(diào)制器用于單相交流調(diào)壓7。脈寬調(diào)制器的實(shí)現(xiàn)有很多途徑和方法，可以用單片機(jī)、模擬電路和數(shù)字電路等來(lái)實(shí)現(xiàn)。每一種實(shí)現(xiàn)方法都有它的可取之處。單片機(jī)通過(guò)軟、硬件結(jié)合，操作簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。模擬電路和數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)起來(lái)原理簡(jiǎn)單，易于理解。數(shù)字電路較之模擬電路抗干擾能力強(qiáng)，因此本設(shè)計(jì)通過(guò)單純的硬件電路來(lái)實(shí)現(xiàn)脈寬調(diào)制器。設(shè)計(jì)的數(shù)字脈寬調(diào)制器通過(guò)調(diào)節(jié)負(fù)載兩端電壓的大小從而改變負(fù)載的某些參數(shù)，負(fù)載如果為電機(jī)，通過(guò)脈寬調(diào)制則可以改變其轉(zhuǎn)速。2 數(shù)字脈寬調(diào)制器的主電路2.1自關(guān)斷電子器件（I

7、GBT）1.絕緣柵雙極晶體管（IGBT）概述GTR和GTO是雙極型電流驅(qū)動(dòng)器件，由于具有電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，所以其通流能力很強(qiáng)，但開(kāi)關(guān)速度較低，所需驅(qū)動(dòng)功率大，驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜。而電力MOSFET是單極型電壓驅(qū)動(dòng)器件，開(kāi)關(guān)速度快，輸入阻抗高，熱穩(wěn)定性好，所需驅(qū)動(dòng)功率小而且驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單。將這兩類(lèi)器件相互取長(zhǎng)補(bǔ)短適當(dāng)結(jié)合而成的復(fù)合器件，通常稱(chēng)為Bi-MOS器件。絕緣柵雙極晶體管綜合了GTR和MOSFET的優(yōu)點(diǎn)，因而具有良好的特性。因此，自其1986年開(kāi)始投入市場(chǎng)，就迅速擴(kuò)展了其應(yīng)用領(lǐng)域，目前已取代了原來(lái)GTR和一部分電力MOSFET的市場(chǎng)，成為中小功率電力電子設(shè)備的主導(dǎo)器件，并在繼續(xù)努力提高電壓和電流容量，

8、以期再取代GTO的地位。2.IGBT的結(jié)構(gòu)和工作原理IGBT也是三端器件，具有柵極G、集電極C和發(fā)射極E。圖2-1給出了一種由N溝道VDMOSFET與雙極型晶體管組合而成的IGBT的基本結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化等效電路，可以看出這是用雙極型晶體管與MOSFET組成的達(dá)林頓結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于一個(gè)由MOSFET驅(qū)動(dòng)的厚基區(qū)PNP晶體管。圖中RN為晶體管基區(qū)內(nèi)的調(diào)制電阻。因此，IGBT的驅(qū)動(dòng)原理與電力MOSFET基本相同，它是一種場(chǎng)控器件。其開(kāi)通和關(guān)斷是由柵極和發(fā)射極間的電壓uGE決定的，當(dāng)uGE為正且大于開(kāi)啟電壓UGE(th)時(shí)，MOSFET內(nèi)形成溝道，并為晶體管提供基極電流進(jìn)而使IGBT導(dǎo)通。由于前面提到的電導(dǎo)調(diào)制

9、效應(yīng)，使得電阻RN減小，這樣高耐壓的IGBT也具有很小的通態(tài)壓降。當(dāng)柵極與發(fā)射極間施加反向電壓或不加信號(hào)時(shí)，MOSFET內(nèi)的溝道消失，晶體管的基極電流被切斷，使得IGBT關(guān)斷。圖2-1 IGBT的簡(jiǎn)化等效電路以上所述PNP晶體管與N溝道MOSFET組合而成的IGBT稱(chēng)為N溝道IGBT，記為N-IGBT，其電氣圖形符號(hào)如圖2-2所示。相應(yīng)的還有P溝道IGBT，記為P-IGBT。圖2-2IGBT的電氣圖形符號(hào)3.IGBT的基本特性1) 靜態(tài)特性 圖2-3a所示為IGBT的轉(zhuǎn)移特性，它描述的是集電極電流IC與柵射電壓UGE之間的關(guān)系，與電力MOSFET的轉(zhuǎn)移特性類(lèi)似。開(kāi)啟電壓UGE(TH)是IGBT

10、能實(shí)現(xiàn)電導(dǎo)調(diào)制而導(dǎo)通的最低柵射電壓。UGE(TH)隨溫度升高而略有下降，溫度每升高1攝氏度，其值下降5mV左右。在±25攝氏度時(shí)，U GE(TH)的值一般為26V。圖2-3b所示為IGBT的輸出特性，也稱(chēng)伏安特性，它描述的是以柵射電壓為參考變量時(shí)，集電極電流IC與集射極間電壓UCE之間的關(guān)系。此特性與GTR的輸出特性相似，不同的是參考變量，IGBT為柵射電壓UGE,而GTR為基極電流IB。IGBT的輸出特性也分為三個(gè)區(qū)域；正向阻斷區(qū)、有源區(qū)和飽和區(qū)。這分別與GTR的截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)相對(duì)應(yīng)。此外，當(dāng)uCE<0時(shí)，IGBT為反向阻斷工作狀態(tài)。在電力電子電路中，IGBT工作在開(kāi)

11、關(guān)狀態(tài)，因而是在正向阻斷區(qū)和飽和區(qū)之間來(lái)回轉(zhuǎn)換。a轉(zhuǎn)移特性b輸出特性圖2-3 IGBT的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性2) 動(dòng)態(tài)特性 IGBT的開(kāi)通過(guò)程與電力MOSFET的開(kāi)通過(guò)程很相似，這是因?yàn)镮GBT在開(kāi)通過(guò)程中大部分時(shí)間是作為MOSFET來(lái)運(yùn)行的。從驅(qū)動(dòng)電壓uGE的前沿上升至其幅值的10%的時(shí)刻，到集電極電流iC上升至其幅值的10%的時(shí)刻止，這段時(shí)間為開(kāi)通延遲時(shí)間td(on)。而iC從10%ICM上升至90% ICM所需時(shí)間為電流上升時(shí)間tr。同樣，開(kāi)通時(shí)間ton為開(kāi)通延遲時(shí)間與電流上升時(shí)間之和。開(kāi)通時(shí)，集射電壓uCE的下降過(guò)程分為tfv1和tfv2兩段。前者為IGBT中MOSFET單獨(dú)工作的電壓下

12、降過(guò)程；后者為MOSFET和PNP晶體管同時(shí)工作的電壓下降過(guò)程。由于uCE下降時(shí)IGBT中MOSFET的柵漏電容增加，而且IGBT中的PNP晶體管由放大狀態(tài)轉(zhuǎn)入飽和狀態(tài)也需要一個(gè)過(guò)程，因此tfv2段電壓下降過(guò)程變緩。只有在tfv2段結(jié)束時(shí)，IGBT才完全進(jìn)入飽和狀態(tài)。IGBT關(guān)斷時(shí)，從驅(qū)動(dòng)電壓uGE的脈沖后沿下降到其幅值的90%的時(shí)刻起，到集電極電流下降至90% ICM止，這段時(shí)間為關(guān)斷延遲時(shí)間td(off)；集電極電流從90% ICM下降至10% ICM的這段時(shí)間為電流下降時(shí)間。二者之和為關(guān)斷時(shí)間toff。電流下降時(shí)間可以分為tfi1和tfi2兩段。其中tfi1對(duì)應(yīng)IGBT內(nèi)部的MOSFET

13、的關(guān)斷過(guò)程，這段時(shí)間集電極電流iC下降較快；tfi2對(duì)應(yīng)IGBT的內(nèi)部的PNP晶體管的關(guān)斷過(guò)程，這段時(shí)間內(nèi)MOSFET已經(jīng)關(guān)斷，IGBT又無(wú)反向電壓，所以N基區(qū)的少子復(fù)合緩慢，造成iC下降較慢。由于此時(shí)集射電壓已經(jīng)建立，因此較長(zhǎng)的電流下降時(shí)間會(huì)產(chǎn)生較大的關(guān)斷損耗。為解決這一問(wèn)題，可以與GTR一樣通過(guò)減輕飽和程度來(lái)縮短電流下降時(shí)間，不過(guò)同樣也需要與通態(tài)壓降折衷?？梢钥闯觯琁GBT中雙極型PNP晶體管的存在，雖然帶來(lái)了電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)的好處，但也引入了少子儲(chǔ)存現(xiàn)象，因而IGBT的開(kāi)關(guān)速度要低于電力MOSFET。此外，IGBT的擊穿電壓、通態(tài)壓降和關(guān)斷時(shí)間也是需要折衷的參數(shù)。高壓器件的N基區(qū)必須有足夠?qū)?/p>

14、度和較高電阻率，這會(huì)引起通態(tài)壓降的增大和關(guān)斷時(shí)間的延長(zhǎng)。4.IGBT的主要參數(shù)除了前面提到的各參數(shù)之外，IGBT的主要參數(shù)還包括：1) 最大集射極間電壓UCES這是由器件內(nèi)部的PNP晶體管所能承受的擊穿電壓所確定的。2)最大集電極電流 包括額定直流電流IC和1ms脈寬最大電流Icp。3)最大集電極功耗Pcm在正常工作溫度下允許的最大耗散功率。IGBT的特性和參數(shù)特點(diǎn)可以總結(jié)如下：1) IGBT開(kāi)關(guān)速度高，開(kāi)關(guān)損耗小。有關(guān)資料表明，在電壓1000V以上時(shí)，IGBT的開(kāi)關(guān)損耗只有GTR的1/10，與電力MOSFET相當(dāng)。2)在相同的電壓和電流定額的情況下，IGBT的安全工作區(qū)比GTR大，而且具有耐

15、脈沖電流沖擊的能力。3) IGBT的通態(tài)壓降比VDMOSFET低，特別是在電流較大的區(qū)域。4) IGBT的輸入阻抗高，其輸入特性與電力MOSFET類(lèi)似。5)與電力MOSFET和GTR相比，IGBT的耐壓和通流能力還可以進(jìn)一步提高，同時(shí)可保持開(kāi)關(guān)頻率高的特點(diǎn)。3控制電路的設(shè)計(jì)3.1脈寬調(diào)制電路3.1.1參考電壓產(chǎn)生電路將電位器兩端加上+5V電壓，通過(guò)改變電位器滑片來(lái)給A/D轉(zhuǎn)換器提供不同的電壓模擬量，從而提供與計(jì)數(shù)器值相比較的參考值。3.1.2計(jì)數(shù)電路8位二進(jìn)制同步加/減（可逆）計(jì)數(shù)器(無(wú)清零端，有同步預(yù)置控制端，具有輸出保持功能)1.型號(hào)表3-1 型號(hào)類(lèi)型國(guó)際通用國(guó)內(nèi)通用 國(guó)內(nèi)一些廠家曾用TT

16、L54/74F269CT54/74F2692.功能表表3-274F269功能表輸入控制功 能輸出 M CPQ0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7L X X X 同步預(yù)置D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7H L L H 加計(jì)數(shù)H L L L 減計(jì)數(shù)H H X X 禁止計(jì)數(shù)保持原來(lái)狀態(tài)H X H X 禁止計(jì)數(shù)保持原來(lái)狀態(tài)H：高電平。L：低電平。X：高低電平均可。：上升沿有效。電源電壓Vcc：+（4.55.5）V。輸入高電平的最小值：2.0V。輸入低電平的最大值：0.8V。3.典型參數(shù)表3-3 典型參數(shù)型號(hào)典型傳輸延遲時(shí)間（ns）最高工作頻率（MHz）典型總功耗（mW）26910

17、1004254.引腳圖圖3-174F269引腳圖M：加/減計(jì)數(shù)控制端。當(dāng)其為高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)加計(jì)數(shù)；當(dāng)其為低電平時(shí)，計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)減計(jì)數(shù)。CP：時(shí)鐘（計(jì)數(shù)）脈沖輸入端。上升沿有效。：同步預(yù)置控制端。低電平有效，即該端為低電平情況下，在CP出現(xiàn)上升沿經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)輸入端對(duì)計(jì)數(shù)器的輸出狀態(tài)進(jìn)行預(yù)置。該端通常處于高電平。、：使能控制端。低電平有效，即當(dāng)二者均為低電平時(shí)，計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能，而當(dāng)二者之一為高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器禁止計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器的輸出端保持原來(lái)的狀態(tài)。D0 D7：數(shù)據(jù)輸入端。用于預(yù)置計(jì)數(shù)器的初始狀態(tài)。由于沒(méi)有設(shè)置清零端，則計(jì)數(shù)器需要清零時(shí)，也可通過(guò)數(shù)據(jù)輸入端來(lái)實(shí)現(xiàn)。Q0 Q7：計(jì)數(shù)器輸出端。做加法計(jì)

18、數(shù)時(shí)由Q7輸出可作256分頻器，由Q6輸出可作128分頻器，由Q5輸出可作64分頻器，由Q4輸出可作32分頻器，由Q3輸出可作16分頻器，由Q2輸出可作8分頻器，由Q1輸出可作4分頻器，由Q0輸出可作2分頻器。：進(jìn)、借位輸出端。用來(lái)作n位級(jí)聯(lián)使用。當(dāng)計(jì)數(shù)器進(jìn)行加法計(jì)數(shù)時(shí)作進(jìn)位端；當(dāng)計(jì)數(shù)器進(jìn)行減法計(jì)數(shù)時(shí)作借位端。低電平有效，即通常為高電平，出現(xiàn)進(jìn)、借位信號(hào)時(shí)為低電平。進(jìn)、借位信號(hào)為負(fù)脈沖。3.1.3A/D轉(zhuǎn)換器1.A/D轉(zhuǎn)換的基本原理在A/D轉(zhuǎn)換器中，因?yàn)檩斎氲哪M信號(hào)在時(shí)間上是連續(xù)的而輸出的數(shù)字信號(hào)是離散的，所以轉(zhuǎn)換只能在一系列選定的瞬間對(duì)輸入的模擬信號(hào)采樣，然后再把這些取樣值轉(zhuǎn)換成輸出的數(shù)字

19、量。因此，A/D轉(zhuǎn)換的過(guò)程是首先對(duì)輸入的模擬電壓信號(hào)取樣，取樣結(jié)束后進(jìn)入保持時(shí)間，在這段時(shí)間內(nèi)將取樣的電壓量化為數(shù)字量，并按一定的編碼形式給出轉(zhuǎn)換結(jié)果。然后，再開(kāi)始下一次取樣。1)取樣定理由圖3-2可見(jiàn)，為了能正確無(wú)誤地用取樣信號(hào)vs表示模擬信號(hào)vI，取樣信號(hào)必須有足夠高的頻率。可以證明，為了保證能從取樣信號(hào)將原來(lái)的被取樣信號(hào)恢復(fù)，必須滿(mǎn)足s2i(max)A（f）f式中，s為取樣頻率，i(max)為輸入模擬信號(hào)vI的最高頻率分量的頻率。上式就是所謂取樣定理。在滿(mǎn)足上式的條件下，可以用低通濾波器將vs還原為vI。這個(gè)低通濾波器的電壓傳輸系數(shù)在低于i(max)的范圍內(nèi)應(yīng)保持不變，而在s -i(ma

20、x)以前應(yīng)迅速下降為0，如圖3-3所示。圖3-2 對(duì)輸入模擬信號(hào)的采樣 圖3-3 還原取樣信號(hào)所用濾波器的頻率特性因此，A/D轉(zhuǎn)換器工作時(shí)的取樣頻率必須高于上式所規(guī)定的頻率。取樣頻率提高以后留給每次進(jìn)行轉(zhuǎn)換的時(shí)間也相應(yīng)的縮短了，這就要求轉(zhuǎn)換電路必須具備更快的工作速度。因此，不能無(wú)限制的提高取樣頻率，通常取s =(35)i(max)已滿(mǎn)足要求。由于轉(zhuǎn)換是在取樣結(jié)束后的保持時(shí)間內(nèi)完成的，所以轉(zhuǎn)換結(jié)果所對(duì)應(yīng)的模擬電壓是每次取樣結(jié)束時(shí)的vI值。2)量化和編碼數(shù)字信號(hào)不僅在時(shí)間上是離散的，而且數(shù)值大小的變化也是不連續(xù)的。這就是說(shuō)，任何一個(gè)數(shù)字量的大小只能是某個(gè)規(guī)定的最小數(shù)量單位的整數(shù)倍。在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換

21、時(shí)，必須把取樣電壓表示為這個(gè)最小單位的整數(shù)倍。這個(gè)轉(zhuǎn)化過(guò)程叫做量化，所取得最小數(shù)量單位叫做量化單位，用表示。顯然，數(shù)字信號(hào)最低有效位(LSB)的1所代表的數(shù)量大小就等于。把量化的結(jié)果用代碼(可以是二進(jìn)制，也可以是其他進(jìn)制)表示出來(lái)，稱(chēng)為編碼。這些代碼就是A/D轉(zhuǎn)換的輸出結(jié)果。既然模擬電壓是連續(xù)的，那么它就不一定能被整除，因而量化過(guò)程不可避免地會(huì)引入誤差。這種誤差稱(chēng)為量化誤差。2.集成ADC0809集成ADC0809是利用CMOS工藝制成的8位八通道逐次漸近型A/D轉(zhuǎn)換器。該器件具有與微處理器兼容的控制邏輯，可以直接與80X86系列、51系列等微處理器接口相連。1)ADC0809的引腳功能。AD

22、C0809的引腳排列圖如圖3-4所示，各引腳功能如下：IN-0IN-7：8路模擬電壓輸入，電壓范圍為05v?？捎?路模擬開(kāi)關(guān)選擇其中任何一路送至8位A/D轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行轉(zhuǎn)換。ADD-A、ADD-B、ADD-C：3個(gè)地址信號(hào)輸入端，構(gòu)成3位地址碼，可以選擇8個(gè)模擬量之一。ALE：地址鎖存允許信號(hào)：它是一個(gè)正脈沖信號(hào)。在脈沖的上升沿將3位地址ADDC、ADDB、ADDA存入鎖存器。CLOCK：時(shí)鐘脈沖輸入?？刂艫/D轉(zhuǎn)換速度，頻率范圍是10KHz-1MHz。START：A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)，為一正脈沖信號(hào)。在START的上升沿，將逐次比較寄存器清零，在START的下降沿開(kāi)始轉(zhuǎn)換。EOC：A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束

23、信號(hào)，高電平有效。ENABLE：輸出允許信號(hào)，OE有效時(shí)將打開(kāi)輸出緩沖器，使轉(zhuǎn)換結(jié)果出現(xiàn)在D7D0端。Vcc：芯片工作電壓，+5v。msb2-1lsb2-8:數(shù)字量輸出端。Vref（+），Vref（-）：基準(zhǔn)（參考）電壓的正、負(fù)極。GND：地端。圖3-4 ADC0809引腳排列圖2)ADC0809主要技術(shù)指標(biāo)。分辨率：8位精度：8位轉(zhuǎn)換時(shí)間：100us輸入電壓范圍：5-15V溫度靈敏度：20ppm/功耗：15mW3)ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理。ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-5所示，由兩部分組成：第一部分：8路模擬通道選擇開(kāi)關(guān)、地址鎖存器和譯碼器，第二部分：比較器、8位逐次漸近寄存器S

24、AR、8位樹(shù)形D/A轉(zhuǎn)換電路、控制邏輯、三態(tài)輸出緩沖鎖存器。ADC0809工作原理如下：由ADDC、ADDB、ADDA及ALE選擇8個(gè)模擬量之一，并通過(guò)通道選擇開(kāi)關(guān)加至比較器一端，由START信號(hào)啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換開(kāi)始且SAR清零，在CLOCK控制下，將SAR從高位到低位逐次置1，并將每次置位后的SAR送D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成與SAR中數(shù)字量成正比的模擬量，DAC的輸出加至比較器的另一端與輸入的模擬電壓進(jìn)行比較，若uiuo，保留SAR中該位的1，若ui<uo，該位清零，經(jīng)過(guò)8次比較(8個(gè)CLOCK)后，SAR中的8位數(shù)字量即是結(jié)果，在OE有效下，將SAR中的8位二進(jìn)制數(shù)輸出至鎖存器，并通過(guò)D7D

25、0輸出，同時(shí)發(fā)出EOC轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。EOCSTACLKGND8路模擬開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)樹(shù)逐次逼近寄存器控制和定時(shí)三態(tài)輸出鎖存緩沖器地址鎖存與譯碼256個(gè)電阻階梯比較器5432128272625242322212019188151417610D7D6D5D4D3D2D1D0IN7IN6IN5IN4IN3IN2IN1IN0ADDAADDBADDCALE111312169OEVREF（-）VREF（+）VCC圖3-5ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖3.1.4用555定時(shí)器接成的多諧振蕩器1.555 定時(shí)器555定時(shí)器是一種中規(guī)模集成電路，只要在外部配上適當(dāng)阻容元件，就可以方便的構(gòu)成脈沖產(chǎn)生和整形電路，在工業(yè)控制、定

26、時(shí)、仿聲、電子樂(lè)器及防盜報(bào)警等方面應(yīng)用很廣。1)電路組成555集成定時(shí)器的電路結(jié)構(gòu)由五個(gè)部分組成：基本RS觸發(fā)器由兩個(gè)與非門(mén)組成，是專(zhuān)門(mén)設(shè)置的可從外部進(jìn)行置0的復(fù)位端，當(dāng)=0時(shí)，使Q=0、=1。比較器C1、C2是兩個(gè)電壓比較器。比較器有兩個(gè)輸入端，分別有+號(hào)和-號(hào)，如果用U+和U-表示相應(yīng)輸入端上所加的電壓，則當(dāng)U+> U-時(shí)其輸出為高電平，U+< U-時(shí)輸出為低電平，兩個(gè)輸入端基本上不向外電路索取電流，即輸入電阻趨近于無(wú)窮大。分壓器三個(gè)阻值均為5k的電阻串聯(lián)起來(lái)構(gòu)成分壓器,為比較器C1和C2提供參考電壓,C1之+端U+=2Vcc/3、C2之-端U-= Vcc /3。如果在電壓控制

27、端CO另加控制電壓，則可改變C1、C2的參考電壓。工作中不使用CO端時(shí)，一般都通過(guò)一個(gè)0.01F的電容接地，以旁路高頻干擾。晶體管開(kāi)關(guān)和輸出緩沖器晶體管Td構(gòu)成開(kāi)關(guān)，其狀態(tài)受端控制，當(dāng)為0時(shí)Td截止、為1時(shí)Td導(dǎo)通。輸出緩沖器就是接在輸出端的反相器G3，其作用是提高定時(shí)器的帶負(fù)載能力和隔離負(fù)載對(duì)定時(shí)器的影響。綜上所述可知，555定時(shí)器不僅提供了一個(gè)復(fù)位電平為2Vcc/3、置位電平為Vcc/3，且可通過(guò)端直接從外部進(jìn)行置0的基本RS觸發(fā)器，而且還給出了一個(gè)狀態(tài)受該觸發(fā)器Q端控制的晶體管開(kāi)關(guān)，因此使用起來(lái)極為靈活。2)基本功能表3-4所示是555定時(shí)器的功能表，它全面地表示了555的基本功能。表3

28、-4555定時(shí)器的功能表UthUuoTd的狀態(tài)X>2Vcc/3<2 Vcc /3<2 Vcc /3X> Vcc /3> Vcc /3< Vcc /30111UolUol不變Uoh導(dǎo)通導(dǎo)通不變截止=0時(shí)，=1，輸出電壓uo= Uol為低電平，Td飽和導(dǎo)通。=1、Uth>2/3Vcc、U> Vcc/3時(shí),C1輸出低電平、C2輸出高電平，=1、Q=0，uo = Uol、Td飽和導(dǎo)通。=1、Tth<2/3Vcc、U>Vcc/3時(shí)，C1、C2輸出均為高電平，基本RS觸發(fā)器保持原來(lái)狀態(tài)不變，因此uo、Td也保持原來(lái)狀態(tài)不變。=1、Tth <

29、2/3Vcc、U<Vcc/3時(shí)，C1輸出高電平，C2輸出低電平，=0、Q=1，uo = Uoh、Td截止。555定時(shí)器的電源電壓范圍較大，雙極型電路Vcc =4.516V，輸出高電平不低于電源電壓的90%，帶拉電流和灌電流負(fù)載的能力可達(dá)200mA；CMOS電路Vdd=318V，輸出高電平不低于電源電壓的95%，帶拉電流負(fù)載的能力為1mA，帶灌電流負(fù)載的能力為3.2mA。2.用555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器多諧振蕩器是一種自激振蕩電路，當(dāng)電路連接好之后，只要接通電源，在其輸出端便可獲得矩形脈沖，由于矩形脈沖中除基波外還含有極豐富的高次諧波，所以人們把這種電路叫做多諧振蕩電路。1)電路組成由55

30、5定時(shí)器和外接元件R1、R2、C構(gòu)成多諧振蕩器，腳2與腳6直接相連。2)工作原理起始狀態(tài)接通電源前電容C上無(wú)電荷，所以接通電源瞬間，C來(lái)不及充電，故Uc=0，比較器C1輸出為1，C2輸出為0，基本RS觸發(fā)器Q=1，=0，Uo=Uoh，Td截止。暫穩(wěn)態(tài)I Q=1，=0，Uo=Uoh，Td截止.是電路的一種暫穩(wěn)狀態(tài)，因?yàn)樵谶@種狀態(tài)下，有一個(gè)電容C充電、uc緩慢升高的漸變過(guò)程在進(jìn)行著，充電回路是VccR1，R2C地，時(shí)間常數(shù)是1=（R1+R2）*C。自動(dòng)翻轉(zhuǎn)I當(dāng)電容充電，上升到2Vcc/3時(shí)，比較器C1輸出跳變?yōu)?，基本RS觸發(fā)器立即翻轉(zhuǎn)到0狀態(tài)，Q=0，=1，Uo=Uol，Td飽和導(dǎo)通。暫穩(wěn)態(tài)II

31、Q=0，=1，uo=Uol， Td飽和導(dǎo)通，是電路的另一種暫穩(wěn)態(tài)，因?yàn)樵谶@種狀態(tài)下，同樣有一個(gè)電容C放電，Uc緩慢下降的漸變過(guò)程在進(jìn)行著，放電回路是CR2Td地，時(shí)間常數(shù)是2=R2*C(忽略Td飽和導(dǎo)通電阻Rces)。自動(dòng)翻轉(zhuǎn)II當(dāng)電容C放電，Uc下降到Vcc/3時(shí)，比較器C2輸出跳變?yōu)?，基本RS觸發(fā)器立即翻轉(zhuǎn)到1狀態(tài)，Q=1，=0，Uo=Uoh， Td飽和截止，即暫穩(wěn)態(tài)I。在暫穩(wěn)態(tài)I，電容C又充電，Uc再上升，接通電源之后，電路在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)之間來(lái)回翻轉(zhuǎn)振蕩，于是輸出端就產(chǎn)生了矩形脈沖。圖3-6 555構(gòu)成多諧振蕩器 圖3-7 多諧振蕩器的波形圖3)振蕩頻率的估算電容C充電時(shí)間，即暫穩(wěn)態(tài)I維

32、持時(shí)間tw1的估算tw1=0.7（R1+R2）C電容C放電時(shí)間，即暫穩(wěn)態(tài)II維持時(shí)間tw2的估算tw2=0.7R2C電路振蕩頻率f振蕩周期T T=tw1+tw2=0.7（R1+R2）C+0.7R2C=0.7（R1+2R2）C振蕩頻率f f=1/T=1/0.7（R1+2R2）C占空比q q=tw1/T=(R1+R2)/(R1+2R2)555電路要求R1與R2均應(yīng)不小于1K，但兩者之和應(yīng)不大于3.3M。外部元件的穩(wěn)定性決定了多諧振蕩器的穩(wěn)定性，555定時(shí)器配以少量的元件即可獲得較高精度的振蕩頻率和具有較強(qiáng)的功率輸出能力。因此，這種形式的多諧振蕩器應(yīng)用很廣。3.LM5551)功能簡(jiǎn)介L(zhǎng)M555/LM

33、555C 系列是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司的時(shí)基電路。我國(guó)和世界各大集成電路生產(chǎn)商均有同類(lèi)產(chǎn)品可供選用，是使用極為廣泛的一種通用集成電路。LM555/LM555C 系列功能強(qiáng)大、使用靈活、適用范圍寬，可用來(lái)產(chǎn)生時(shí)間延遲和多種脈沖信號(hào)，被廣泛用于各種電子產(chǎn)品中。555時(shí)基電路有雙極型和 CMOS型兩種。LM555/LM555C系列屬于雙極型。優(yōu)點(diǎn)是輸出功率大，驅(qū)動(dòng)電流達(dá) 200mA。而另一種 CMOS 型的優(yōu)點(diǎn)是功耗低、電源電壓低、輸入阻抗高，但輸出功率要小得多，輸出驅(qū)動(dòng)電流只有幾毫安。2)應(yīng)用范圍精確定時(shí)脈沖發(fā)生連續(xù)定時(shí)頻率變換脈沖寬度調(diào)制脈沖相位調(diào)制3)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖3-8LM555內(nèi)部結(jié)構(gòu)4)引腳說(shuō)明

34、表3-5 LM555引腳說(shuō)明符號(hào)功能說(shuō)明1GND地線2TR觸發(fā)3OUT輸出4RES復(fù)位5CV控制電壓6TH閥值7DIS放電8VCC電源5)電氣參數(shù)表3-6LM555電氣參數(shù)參數(shù)條件LM555最小典型最大電源電壓4.5v18v電源電流VCC=5，RL=3mA5mA6)電路特點(diǎn)LM555 時(shí)基電路內(nèi)部由分壓器、比較器、觸發(fā)器、輸出管和放電管等組成，是模擬電路和數(shù)字電路的混合體。其中 6 腳為閥值端（TH），是上比較器的輸入。2 腳為觸發(fā)端（TR），是下比較器的輸入。3 腳為輸出端（OUT），有 0 和 1 兩種狀態(tài)，它的狀態(tài)由輸入端所加的電平?jīng)Q定。7 腳為放電端（DIS），是內(nèi)部放電管的輸出，它有

35、懸空和接地兩種狀態(tài)，也是由輸入端的狀態(tài)決定。4 腳為復(fù)位端（R），叫上低電平（< 0.3V）時(shí)可使輸出端為低電平。5 腳為控制電壓端(CV )，可以用它來(lái)改變上下觸發(fā)電平值。8 腳為電源（VCC），1 腳為地（GND）。7) 多諧振蕩器有關(guān)參數(shù)計(jì)算該設(shè)計(jì)中的LM555的外圍電阻R2、R3和C的值可以根據(jù)后面電路進(jìn)行設(shè)定。方法：假設(shè)對(duì)單相交流電的一個(gè)周期進(jìn)行20次斬波，則斬波周期T0=0.02/20=0.001S=1ms。假設(shè)在這一個(gè)斬波周期計(jì)數(shù)器計(jì)滿(mǎn)，則可知振蕩器的振蕩頻率為f=256KHz。振蕩周期T=1/f=(R2+2R3)CIn2;設(shè)占空比q=2/3,因?yàn)閝=（R2+R3）/(R2

36、+2R3),得出R2=R3；若取C=0.0001F，則代入T的計(jì)算式得到 3R2CIn2=0.0000039062R2=0.0000039062/(3CIn2)=18.6K因此取兩只20K的電位器，即可得到設(shè)計(jì)結(jié)果。3.1.5數(shù)值比較1.引腳圖：圖3-9 74LS686引腳圖2.功能表表3-774LS686功能表INPUTSOUTPUTSDATAENABLEP,QP=QP>QP<QXLLLHLLLHLHHHHLHH3.1.6鎖存電路8D型透明(直通)鎖存器8D型透明(直通)同相、三態(tài)輸出鎖存器(373)1. 型號(hào)：表3-8 型號(hào)類(lèi)型國(guó)際通用國(guó)內(nèi)通用特征TTL54/74LS373CT

37、4373,CT54/74LS373三態(tài)輸出帶控制輸入及允許輸出G端，輸出Voh最小值為3.65V54/74S373CT3373,CT54/74S37354/74AS37354/74ALS373CT54/74ALS37354/74F373CT54/74F373CMOS54/74HC(T)37354/74AC(T)373S2. 373邏輯引腳圖：Vcc 8Q 8D 7D 7Q 6Q 6D 5D 5Q GEN Q D G OC 1Q 1D 2D 2Q 3Q 3D 4D 4Q GND圖3-10 373邏輯引腳圖說(shuō)明：373各類(lèi)電路中除54/74LS373外，其它電路驅(qū)動(dòng)能力均較大。L：低電平。H：高電

38、平。X：高低電平均可。Z：高阻抗。Q：為輸出端。D：數(shù)據(jù)輸入端。G：允許端。：輸出三態(tài)控制端。電源電壓參考值：TTL極限值+7V，一般使用+5V。 COMS極限值+20V，一般使用+15V。3. 典型參數(shù)表3-9 典型參數(shù)型號(hào)典型傳輸延遲時(shí)間(ns)典型總功耗(mW)LS36316.5210LS37319120S3737525ALS373870F3734.5190HC(T)37313AC(T)3737.0(8.25)4.功能表表3-10 功能表輸入輸出 G DQL H HL H LL L XHLQoH X XZ3.2直流穩(wěn)壓電源電子設(shè)備都需要穩(wěn)定的直流電源。功率較小的直流電源大多數(shù)都是將50H

39、z的交流電經(jīng)過(guò)變壓、整流、濾波和穩(wěn)壓后獲得。本設(shè)計(jì)所用電源電路如圖3-11所示。1.單相橋式整流電路介紹整流電路用來(lái)將交流電壓交換為單相脈動(dòng)的直流電壓。圖中變壓器將交流電網(wǎng)電壓220V變成整流電路要求的交流電壓 9V，四只整流二極管D1D4接成電橋的形式，故有橋式整流電路之稱(chēng)。單相橋式整流電路的工作原理可分析如下。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，二極管用理想模型圖3-11電源電路來(lái)處理，即正向?qū)娮铻榱?，反向電阻為無(wú)窮大。在此規(guī)定右上側(cè)二極管為D1，順時(shí)針依次為D2、D3、D4在變壓器二次側(cè)電壓的正半周，電流從變壓器副邊線圈的上端流出，只能經(jīng)過(guò)二極管D1 流向負(fù)載，再由二極管 D3流回變壓器，所以D1、D3正向

40、導(dǎo)通，D2、D4反向截止。在負(fù)載上產(chǎn)生一個(gè)極性為上正下負(fù)的輸出電壓。在u2的負(fù)半周，其極性與以上過(guò)程相反，電流從變壓器副邊線圈的下端流出，只能經(jīng)過(guò)二極管D2流向負(fù)載，再由二極管D4流回變壓器，所以D1、D3反向截止，D2、D4正向?qū)?。電流流過(guò)負(fù)載時(shí)產(chǎn)生的電壓極性仍是上正下負(fù)，與正半周時(shí)相同。綜上所述，橋式整流電路巧妙地利用了二極管的單向?qū)щ娦裕瑢⑺膫€(gè)二極管分為兩組，根據(jù)變壓器副邊電壓的極性變化分別導(dǎo)通，將變壓器副邊電壓的正極性端與負(fù)載電阻的上端相連，負(fù)極性端與負(fù)載電阻的下端相連，使負(fù)載上始終可以得到一個(gè)單方向的脈動(dòng)電壓。橋式整流電路的優(yōu)點(diǎn)是輸出電壓高，紋波電壓較小，管子所承受的最大反向電壓較

41、低，同時(shí)因電源變壓器在正、負(fù)半周內(nèi)都有電流供給負(fù)載，電源變壓器得到了充分的利用，效率較高。因此，這種電路在半導(dǎo)體整流電路中得到了頗為廣泛的應(yīng)用。電路的缺點(diǎn)是二極管用得較多，但目前市場(chǎng)上已有整流橋堆出售，如QL51AG、QL62AL等，其中QL62AL的額定電流為2A，最大反向電壓為251000V。2.變壓器和整流二極管的選擇1) 變壓器的選擇根據(jù)需要因后續(xù)電路要用到5V直流電，而穩(wěn)壓塊7805要求其輸入的帶有波動(dòng)的電壓要比輸出的直流電壓高35V，所以變壓器選擇初級(jí)電壓為220V交流電，次級(jí)電壓為8V10V的變壓器，在這我選用的是次級(jí)電壓為9V的變壓器。其中穩(wěn)壓塊7805為額定電流為0.5A的穩(wěn)

42、壓塊。2) 整流二極管的選擇由于所選變壓器為220V/9V的變壓器，所以變壓器的次級(jí)電壓的峰值為9V12.7V。而橋式整流電路中的整流二極管所承受的最大反向電壓為次級(jí)電壓的峰值。流過(guò)整流二極管的電流的最大值約為0.2A，查電子工程師手冊(cè)，選用2CZ11型整流二極管，使用時(shí)須加60*60*1.5mm3的鋁散熱片。3.濾波電路濾波電路用來(lái)濾除整流后單向脈沖電壓中的交流成分，變成平滑的直流電壓。整流電路將交流電變?yōu)槊}動(dòng)直流電，但其中含有大量的交流成分（稱(chēng)為紋波電壓）。為了獲得平滑的直流電壓，應(yīng)在整流電路的后面加接濾波電路，以濾去交流部分。 此電路采用的是電容濾波電路，即在橋式整流電路輸出端

43、與負(fù)載之間并聯(lián)一個(gè)大電容。濾波電容容量較大，因此一般采用電解電容，電容濾波電路利用電容的沖、放電作用，使輸出電壓趨于平滑。最后加一個(gè)0.1f小電容濾除電源中的高頻分量。4.濾波電容的選擇1) 電容的選擇由于采用電解電容，考慮到電網(wǎng)電壓的波動(dòng)范圍為+10，電容的耐壓值應(yīng)大于1.1U2，其中U2為9V，所以選擇電解電容的耐壓值為大于14伏的。2) 電容容量為了獲得較好的濾波效果，在實(shí)際電路中，應(yīng)選擇濾波電容的容量滿(mǎn)足RLC=(35)T/2，其中T=0.02s，由于后續(xù)電路大概需要200mA的電流，輸出電壓平均值UO（AV）1.2 U2，經(jīng)計(jì)算可知RL=1.2×9 V /200A=54，所

44、以C=(35)T/2/ RL=556926F，查電子工程師手冊(cè)可以選用鋁電解電容CD22寬溫限型，容量選擇1000F。所以電容的參數(shù)是：耐壓值為14伏，電容值為1000F的鋁電解電容。5.穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)輸入交流電壓波動(dòng)時(shí)、負(fù)載和溫度變化時(shí)，維持輸出直流電壓的穩(wěn)定。穩(wěn)壓器采用7805系列即輸出電壓值5伏，它屬于三端固定輸出集成穩(wěn)壓，兩邊輸入輸出中間接地。它的最大輸入電壓為35V，7805最適合的輸入電壓為8V，輸出電流分為1.5A、0.5A、0.1A三個(gè)檔次。本設(shè)計(jì)中變壓器的次級(jí)電壓有效值為9V， 在7805穩(wěn)壓的范圍內(nèi)。在單相橋式整流電路中已經(jīng)知道，后續(xù)電路的穩(wěn)壓電路的負(fù)載電流大概

45、為0.2A左右，所以在這里所選擇的穩(wěn)壓塊的最大輸出電流為0.5A。表3-11 7805的參數(shù)參數(shù)名稱(chēng)符號(hào)典型值單位輸出電壓Vo5V靜態(tài)電流Io4.2mA最大壓差| Vr-Vo|min2.0DB經(jīng)過(guò)一系列的變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓后，Vcc處得到+5V直流穩(wěn)壓電源。3.3（IGBT）驅(qū)動(dòng)電路3.3.1 IGBT對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的要求1.概述由于IGBT是復(fù)合了功率場(chǎng)效應(yīng)管與電力晶體管的所有優(yōu)點(diǎn)而派生的一種新型功率器件，要想讓它發(fā)揮應(yīng)有的作用，對(duì)其驅(qū)動(dòng)電路的研究和了解是至關(guān)重要的。下面從IGBT對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的基本要求方面對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。1) 在IGBT的驅(qū)動(dòng)電路中應(yīng)提供適當(dāng)?shù)恼?、反向柵極電壓Uge，使I

46、GBT能可靠的導(dǎo)通和關(guān)斷。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)正柵偏壓+Uge的幅度較大時(shí)，IGBT的通態(tài)壓降和導(dǎo)通損耗均會(huì)下降，這是所理想的。但+Uge過(guò)大時(shí)，則負(fù)載短路時(shí)其集電極電流Ic會(huì)隨+Uge的增大而增大，不利于安全。所以，通常+Uge的值取+Uge>15v最為適當(dāng)。同樣，負(fù)柵偏壓-Uge的幅值也不能過(guò)大，若過(guò)大時(shí)，IGBT在關(guān)斷時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的浪涌電流，導(dǎo)致引起IGBT的誤導(dǎo)通。所以，通常負(fù)的柵偏壓-Uge值取-Uge=-5v為宜。2) 設(shè)計(jì)IGBT的驅(qū)動(dòng)電路時(shí)，其開(kāi)關(guān)時(shí)間應(yīng)綜合考慮。首先應(yīng)該肯定，IGBT的快速導(dǎo)通和關(guān)斷有利于提高其工作頻率，并減少工作過(guò)程中的損耗；然而更應(yīng)當(dāng)考慮到在大電感負(fù)載下，I

47、GBT導(dǎo)通和關(guān)斷的工作頻率不宜過(guò)高，因?yàn)槠涓咚偻?，斷?huì)在電感負(fù)載兩端產(chǎn)生很大的尖峰電壓。這種尖峰電壓必然會(huì)給IGBT造成威脅，極有可能造成IGBT本身或其他元器件被擊穿而損壞。3) 當(dāng)IGBT導(dǎo)通后，其驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)繼續(xù)提供規(guī)定時(shí)間的、足夠的柵極電壓與電流幅值，也就是說(shuō)，驅(qū)動(dòng)電路必須給出足夠的脈寬，從而使IGBT在正常工作及過(guò)載情況下不至于退出飽和區(qū)而造成損壞。4) 必須重視對(duì)IGBT驅(qū)動(dòng)電路中的柵極串聯(lián)電阻Rg取值的確定，因?yàn)榇穗娮枳柚档拇笮?duì)IGBT的工作性能有較大影響。若Rg值較大時(shí)，有利于抑制電流的變化率di/dt和電壓的變化率du/dt，但反過(guò)來(lái)又會(huì)增加IGBT的工作時(shí)間和開(kāi)關(guān)損耗，這是

48、一個(gè)矛盾。若Rg值較小時(shí)，會(huì)引起電流變化率di/dt和電壓變化率du/dt增大，有可能引起IGBT的誤導(dǎo)通或損壞IGBT管。所以，柵極串聯(lián)電阻Rg的取值應(yīng)與具體驅(qū)動(dòng)電路的電路結(jié)構(gòu)和所用IGBT的容量、參數(shù)結(jié)合起來(lái)合理選取才是。通常，Rg的取值范圍一般在幾個(gè)歐姆到幾十個(gè)歐姆，對(duì)于較小容量的IGBT管，Rg可稍大一些。(5) IGBT驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)有較強(qiáng)的抗干擾能力，并應(yīng)具備對(duì)IGBT的保護(hù)功能。驅(qū)動(dòng)電路、抗干擾電路、過(guò)壓、過(guò)流保護(hù)和其它保護(hù)電路，都應(yīng)與IGBT的開(kāi)關(guān)速度相適應(yīng)、相匹配。另外，IGBT固有著一種對(duì)靜電敏感的脆弱性，所以IGBT驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)具有防靜電措施，電路板需設(shè)計(jì)靜電屏蔽。在電路板焊接

49、工藝中，IGBT必須采取電烙鐵無(wú)電焊接，并應(yīng)注意在焊接之前必須保證IGBT的柵極G與發(fā)射極E一直保持短路連接，不得開(kāi)路。2.IGBT驅(qū)動(dòng)電路的分類(lèi)IGBT的驅(qū)動(dòng)電路通常分為以下三大類(lèi)型：1) 第一類(lèi)是直接驅(qū)動(dòng)法 所謂“直接驅(qū)動(dòng)法”是指輸入信號(hào)通過(guò)整形，經(jīng)直流或交流放大后直接去“開(kāi)”、“斷”IGBT。這種驅(qū)動(dòng)電路，其輸入信號(hào)與被控制驅(qū)動(dòng)的IGBT主回路共地。2) 第二類(lèi)是隔離驅(qū)動(dòng)法 所謂“隔離驅(qū)動(dòng)法”是指輸入信號(hào)通過(guò)變壓器或光電耦合器隔離輸出后，經(jīng)直流或交流放大后直接去“開(kāi)”、“斷”IGBT。這種驅(qū)動(dòng)電路，其輸入信號(hào)與被控制驅(qū)動(dòng)電路的IGBT主回路不共地，實(shí)現(xiàn)了輸入與輸出電路的電氣隔離，并具有較

50、強(qiáng)的共模電壓抑制能力。3) 第三類(lèi)是專(zhuān)用集成模塊驅(qū)動(dòng)法 所謂“集成模塊驅(qū)動(dòng)法”是指將驅(qū)動(dòng)電路高度集成化，使其具有比較完善的驅(qū)動(dòng)功能、抗干擾能力、自動(dòng)保護(hù)功能，可實(shí)現(xiàn)對(duì)IGBT的最優(yōu)驅(qū)動(dòng)。這種驅(qū)動(dòng)電路，其輸入信號(hào)與被控制驅(qū)動(dòng)的IGBT主回路不共地，也實(shí)現(xiàn)了輸入與輸出電路的電氣隔離，并具有較強(qiáng)的共模電壓抑制能力。3.3.2IGBT的變壓器隔離驅(qū)動(dòng)1.變壓器隔離驅(qū)動(dòng)電路變壓器隔離驅(qū)動(dòng)法驅(qū)動(dòng)電路如圖3-12所示。圖3-12 IGBT的變壓器隔離驅(qū)動(dòng)法驅(qū)動(dòng)電路2.變壓器隔離驅(qū)動(dòng)電路原理簡(jiǎn)述圖3-12所示IGBT的變壓器隔離驅(qū)動(dòng)法驅(qū)動(dòng)電路采用了隔離變壓器T。輸入信號(hào)經(jīng)隔離變壓器T初級(jí)線圈感應(yīng)到次級(jí)線圈，經(jīng)

51、二極管整流、整形、電阻R2緩沖，在負(fù)載電阻上形成“開(kāi)”、“斷”脈沖，通過(guò)柵極串聯(lián)電阻Rg去控制IGBT管的導(dǎo)通和關(guān)斷。由于輸出偏壓的大小可由變壓器的匝數(shù)比得到實(shí)現(xiàn)，故電路未設(shè)計(jì)放大器。同樣，為了消除可能產(chǎn)生的寄生振蕩，在IGBT柵極G與發(fā)射極E之間接入了RC阻尼濾波網(wǎng)絡(luò)。這種直接驅(qū)動(dòng)電路適合于對(duì)較小容量IGBT的驅(qū)動(dòng)。3.3.3IGBT的直接驅(qū)動(dòng)1.驅(qū)動(dòng)電路直接驅(qū)動(dòng)法驅(qū)動(dòng)電路的特點(diǎn)是電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、扼要。其電路如圖3-13所示。圖3-13 IGBT的直接驅(qū)動(dòng)法驅(qū)動(dòng)電路2.驅(qū)動(dòng)電路原理簡(jiǎn)述圖3-13所示IGBT的直接驅(qū)動(dòng)法驅(qū)動(dòng)電路采用了正、負(fù)雙電源供電。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于IGBT這樣的特殊器件都要采取

52、正、負(fù)雙電源供電，只有這樣才能使IGBT穩(wěn)定的工作。電路的工作原理簡(jiǎn)單，輸入信號(hào)經(jīng)集成電路(施密特)IC整形后經(jīng)緩沖限流電阻R2、加速電容Cj進(jìn)入由VT1、VT2組成的有源負(fù)載方式放大器進(jìn)行放大，以提供足夠的門(mén)極(即IGBT的柵極)電流。為了消除可能產(chǎn)生的寄生振蕩，在IGBT柵極G與發(fā)射極E之間接入了RC阻尼濾波網(wǎng)絡(luò)。這種直接驅(qū)動(dòng)電路適合于對(duì)較小容量IGBT的驅(qū)動(dòng)。3.3.4 IGBT的光耦隔離驅(qū)動(dòng)1.光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路光耦隔離驅(qū)動(dòng)法驅(qū)動(dòng)電路如圖3-14所示圖3-14 IGBT的光耦隔離驅(qū)動(dòng)法驅(qū)動(dòng)電路2.光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路原理簡(jiǎn)述圖3-14所示IGBT電路采用了HU型光電耦合器。原理如下：輸入信號(hào)

53、正脈沖點(diǎn)亮光電耦合器HU中發(fā)光二極管LED，光敏二極管VF受光照射其動(dòng)態(tài)電阻減小，使內(nèi)三極管VT正偏而飽和導(dǎo)通，集電極電位變負(fù)，場(chǎng)效應(yīng)管VT1截止夾斷，其漏極電位升高，NPN型三極管VT2立即飽和導(dǎo)通，其正偏電壓+Ec經(jīng)VT2、Rg加到IGBT發(fā)射極E，使IGBT正偏而導(dǎo)通。當(dāng)輸入信號(hào)負(fù)脈沖（或變?yōu)?電位）時(shí)，光電耦合器HU中的發(fā)光二極管LED熄滅，光敏二極管VF無(wú)光照射其動(dòng)態(tài)電阻劇增，使內(nèi)三極管VT無(wú)偏壓而截止，集電極電位變正，場(chǎng)效應(yīng)管VT1開(kāi)通，其漏極電位變負(fù)，PNP型三極管VT3立即飽和導(dǎo)通，其反偏電壓由-Ec經(jīng)VT3、Rg加到IGBT發(fā)射極E，使IGBT反偏而關(guān)斷。這種直接驅(qū)動(dòng)電路適合

54、于對(duì)較大容量IGBT的驅(qū)動(dòng)。3.3.5 IGBT的集成模塊驅(qū)動(dòng)1.集成模塊驅(qū)動(dòng)電路EXB系列IGBT驅(qū)動(dòng)模塊是目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)應(yīng)用最多的IGBT驅(qū)動(dòng)模塊，包括標(biāo)準(zhǔn)型和高速型兩種。EXB系列可以驅(qū)動(dòng)全部的IGBT,特點(diǎn)是在驅(qū)動(dòng)模塊內(nèi)部裝有2500V的高隔離電壓的光電耦合器,有過(guò)流保護(hù)電路和過(guò)流保護(hù)輸出端子，且可單電源供電。表3-12列出了標(biāo)準(zhǔn)型系列和高速型系列驅(qū)動(dòng)模塊的型號(hào)及可驅(qū)動(dòng)的IGBT的規(guī)格。標(biāo)準(zhǔn)型驅(qū)動(dòng)電路信號(hào)最大延時(shí)為4s，高速型驅(qū)動(dòng)電路信號(hào)最大延時(shí)為1. 5s。表3-12富士公司EXB系列IGBT驅(qū)動(dòng)模塊IGBT600V IGBT驅(qū)動(dòng)1200V IGBT驅(qū)動(dòng)150A400A75A300A標(biāo)準(zhǔn)型EXB850EXB851EXB850EXB851高速型EX