高频阻隔驱动电路

一、计划证明

       由MS430单片机编程发生频率规模为10KHz~40KHz两路反相PWM信号，将这两路信号送入光耦阻隔电路，进行阻隔维护，再将维护后的信号送到H型桥式电路，桥式电路由4个功率场效应管构成。

二、原理剖析

       单片机编程发生频率规模为10KHz~40KHz两路反相PWM信号，可由单片机中的TImer-A模块，写入其间的操控字即可发生信号。

       光耦电路由芯片2501构成，其引脚图如图1所示。

图1

       H型桥式电路由芯片IR2111构成，其引脚图如图2所示。

图2

IR2111芯片的典型运用原理图3：

图3

       IR2111 是功率MOSFET 和IGBT 专用栅极驱动集成电路, 可用来驱动作业在母线压高达600V 的电路中的N沟道功率MOS 器材。选用一片IR 2111 可完结两个功率元件的驱动使命, 其内部选用自举技能, 使得功率元件的驱动电路仅需一个输入级直流电源; 可完结对功率MOSFET和IGBT 的最优驱动, 还具有完善的维护功用。

       图3中上管是指接到高电压端的N 沟道MOSFET 或IGBT,留意应外接或内置维护、续流二极管, 下管是指接到低电压端的MOSFET 或IGBT。Vcc 是给IR2111 供电的电源, 以15V 为最佳。Vcc 下降至10V, IR2111 也能作业, 但会添加MOSFET 或IGBT的开关损耗。

IN 是操控信号的输入端, 输入等效电阻很高, 可直接衔接来自微处理器、光耦或其它操控电路宣布的信号。逻辑输入信号与CMOS 电平兼容, 在Vcc 是15V 时, 0～6V的电压为逻辑0; 6.4～15V 的电压为逻辑1。输入端电压为逻辑1 时, IR2111 输出端HO 输出高电平, 驱动上管; 输出端LO 输出低电平, 封闭下管。输入端电压为逻辑0 时,状况正好相反。IR2111 内部设置了650ns 的死区时刻(DeadTIme) , 可避免上下管直接导通形成短路事端。

COM是接地端, 直接和下管MOSFET的源极S或IGBT的发射极E相连。

HO、LO 分别是上、下管操控逻辑输出端, 逻辑正时输出典型电流为250mA, 逻辑正时输出典型电流为500mA, 输出延迟时刻不会超越130ns。

Vb 是为高压侧悬浮电源端, Vs 是高压侧悬浮地, 它们的电位会随上管的导通截止而改变, 改变起伏可高达近600V。

上、下管电容里存储的电荷, 用来快速导通上、下功率管, 一般运用0.47μF 以上的非电解电容。上管电容的充电是在下管导通或负载有电流流过期自行完结的, 也称自举电容。充电回路是Vcc→上管电容充电二极管→上管电容→下管或负载→COM。操控信号长时刻的为逻辑1,会导致上管电容的电荷竭尽而截止上管, 因而操控信号的占空比不能为100%。

上管电容充电二极管用来避免上管导通时, 高压电窜入Vcc 端损坏低压器材, 也称自举二极管。在高端器材注册时, 自举二极管有必要能够阻挠高压, 而且应是快康复二极管, 以减小从自举电容向电源Vcc 的回馈电荷。其反向耐压应大于功率端电压, 康复时刻应小于100ns。

上、下管维护电阻的效果, 是通过其推迟功率管极间电容的冲、放电速度, 然后下降不必要的高开关速度, 起到维护功率管的效果, 一般阻值在几个到几十个欧姆。

三、原理电路

高频阻隔驱动电路原理图如图4所示

图4

  使用MSP430发生两路反相PWM信号，程序如下所示。

        #include "msp430x16x.h"

void main( 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 |=0x01;

           P1SEL |=0x01;

           CCTL2=OUTMOD_7;

           CCR2=128;

           P1DIR |=0X02;

           P1SEL |=0x02;

           P1OUT ^=0X02;

           TACTL |=MC0;

           for(;;)

            {

              _BIS_SR(LPM3_bits);

              _NOP();

            } 

}

四 参数剖析及核算

1、负载功率核算：

由该H型驱动电路的作业原理可得，关于电阻性负载，当主电路供电电压为 ，其功率巨细如下：

依据电阻要求R=36 ，功率为10w，能够得出主电路的电压为19V.

2、功率效应管的敞开电压大于零，选电阻为100 。

3、因为光耦阻隔芯片的驱动电流要10mA ，挑选电阻为200 。

五 测验计划及过程（含仪器设备）

  1）测验单片机msp430的引脚输出的PWM的波形；

  2）测验光耦阻隔驱动前的波形；

  3）测验光耦阻隔驱动后的波形。

六 测验成果记载

1）、单片机输出波形如图5所示。

图5

 2）、光耦后的输出波形如图6所示

图6

3）、IR2111输的波形如图7所示。

图7

 4）、负载两头电压波形如图8所示。

图8

七 测验成果剖析（包过差错剖析）

   测验时，发现输出的波形不是方波，原因是通过光耦阻隔是发生了改变，因为芯片C501的功用驱动电流要10mA,咱们选的电阻为200 。因为电阻的挑选波形就发生了改变。

八 规划总结（包过改善计划）

因为单片机上的电压很小，要通过功率场效应管作业时，有必要加一节光耦电路，为起到很好的阻隔效果，所以从单片机上输出来的信号的“地”与从光耦电路出来的信号的“地“要分隔来接。

九 元器材清单