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      一種新型高壓大功率小信號放大電路

      時間:2024-06-18 21:05:09 理工畢業論文 我要投稿
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      一種新型高壓大功率小信號放大電路

      摘要:簡要分析了UC3637雙PWM控制器和IR2110的特點,工作原理。由UC3637和IR2110共同構建一種高壓大功率小信號放大電路,并通過實驗驗證了其可行性。

      引言

      現有的很多小信號放大電路都是由晶體管或MOS管的放大電路構成,其功率有限,不能把電路的功率做得很大。隨著現代逆變技術的逐步成熟,尤其是SPWM逆變技術,使信號波形能夠很好地在輸出端重現,并且可以做到高電壓,大電流,大功率。SPWM技術的實現方法有兩種,一種是采用模擬集成電路完成正弦調制波與三角波載波的比較,產生SPWM信號;另一種是采用數字方法。隨著應用的深入和集成技術的發展,已商品化的專用集成電路(ASIC)和專用單片機(8X196/MC/MD/MH)以及DSP,可以使控制電路結構簡化,集成度高。由于數字芯片一般價格比較高,所以在此采用模擬集成電路。主電路采用全橋逆變結構,SPWM波的產生采用UC3637雙PWM控制芯片,并采用美國IR公司推出的高壓浮動驅動集成模塊IR2110,從而減小了裝置的體積,降低了成本,提高了系統的可靠性。經本電路放大后,信號可達3kV,并保持了良好的輸出波形。

      圖1

      1 UC3637的原理與基本功能

      UC3637的原理框圖如圖1所示。其內部包含有一個三角波振蕩器,誤差放大器,兩個PWM比較器,輸出控制門,逐個脈沖限流比較器等。

      UC3637可單電源或雙電源工作,工作電壓范圍±(2.5~20)V,特別有利于雙極性調制;雙路PWM信號,圖騰柱輸出,供出或吸收電流能力100mA;逐個脈沖限流;內藏線性良好的恒幅三角波振蕩器;欠壓封鎖;有溫度補償;2.5V值控制。

      UC3637最具特色的是三角波振蕩器,三角波產生電路如圖2所示。三角波參數按式(1)及式(2)計算。

      Is=[( VTH)-(-Vs)]/RT (1)

      f=Is/{2CT[( VTH)-(-VTH)]} (2)

      式中:VTH為三角波峰值的轉折(值)電壓;

      Vs為電源電壓;

      RT為定時電阻;

      CT為定時電容;

      Is為恒流充電電流;

      f為振蕩頻率。C3637具有一個高速、帶寬為1MHz、輸出低阻抗的誤差放大器,既可以作為一般的快速運放,亦可作為反饋補償運放。UC3637實現其主要功能的就是兩個PWM比較器,實現電路如圖3所示。其他還有如欠壓封鎖,2.5V值控制等功能,這些功能在應用電路中也給予實現。

      2 IR2110的結構與應用

      IR2110的內部功能框圖如圖4所示。它由三個部分組成:邏輯輸入,電平平移及輸出保護。IR2110具有獨立的低端和高端輸入通道;懸浮電源采用自舉電路,其高端工作電壓可達600V,在15V下靜態功耗僅116mW;輸出的電源端(腳3Vcc,即功率器件的柵極驅動電壓)電壓范圍10~20V;邏輯電源電壓范圍(腳9VDD)3.3~20V,可方便地與TTL或CMOS電平相匹配,而且邏輯電源地和功率地之間允許有±5V的偏移量;工作頻率高,可達100kHz;開通、關斷延遲小,分別為120ns和94ns;圖騰柱輸出峰值電流為2A。

      下面分析高壓側懸浮驅動的自舉原理。

      IR2110用于驅動半橋的電路如圖5所示。圖中C1及VD1分別為自舉電容和二極管,C2為Vcc的濾波電容。假定在S1關斷期間C1已充到足夠的電壓(Vc1≈Vcc)。當腳10(HIN)為高電平時VM1開通,VM2關斷,Vc1加到S1的門極和發射極之間,C1通過VM1,Rg1和S1柵極-發射極電容Cge1放電,Cge1被充電。此時Vc1可等效為一個電壓源。當腳10(HIN)為低電平時,VM2開通,VM1斷開,S1柵電荷經Rg1,VM2迅速釋放,S1關斷。經短暫的死區時間(td)之后,腳12(LIN)為高電平,S2開通,Vcc經VD1,S2給C1充電,迅速為C1補充能量。如此循環反復。

      圖4

      IR2110的不足是保護功能不夠及其自身不具有負偏壓。為此,給它外加了一個負偏壓電路,具體見圖6。

      3 應用UC3637和IR2110構成控制驅動電路

      圖6是IR2110構成的驅動電路。由圖6可見用兩片IR2110可以驅動一個逆變全橋電路,它們可以共用同一個驅動電源而不須隔離,使驅動電路極其簡化。IR2110本身不能產生負偏壓。由驅動電路可見本電路在每個橋臂各加了負偏壓電路,以左半部為例,其工作過程如下:VDD上電后通過R1給C1充電,并在VW1的鉗位下形成+5.1V電壓Vc1,當IR2110的腳1(LO)輸出為高電平時,下管有(VDD-5.1)V的驅動電壓,同時在下管關斷時下管的柵源之間形成一個-5.1V的偏壓;下管開通同時腳1(LO)輸出高電平通過Rg2,R2開通MOSFET讓C3進行充電;當IR2110的腳7(HO)輸出為高電平時,由C3放電提供上管開通電流,同時給C2充電并由VW2鉗位+5.1V,下管關斷時Vc2即形成負

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