直流脉宽h桥控制电路设计(编辑修改稿)

直流脉宽h桥控制电路设计(编辑修改稿)内容摘要：

R，ω =2 f，脉宽周期选取 T=10us，故 L。 取 L=10mH。 3） IGBT（ Insulated Gate Bipolar Transistor）叫做绝缘栅极双极晶体管。 这种器件具有 MOS 门极的高速开关性能和双极动作的高耐压、大电流容量的两种特点。 其电压驱动，自身损耗小。 设计中 IGBT 承受反向最大电压： maxU =220V， maxI =6A考虑 3～ 4 倍裕量，可选用 GT15Q101，其能承受最大反向电压为 1200V，最大反向电流为 25A。 7 4 驱动控制电路及 PCB设计 SG3525 芯片特点 PWM 信号发生器以集成可调脉宽调制器 SG3525 为核心构成，他把产生的电压信号送给 H桥中的四个 IGBT。 通过改变电力晶体管基极控制电压的占空比，而达到调速的目的。 SG3525 为美国 Silicon General 公司生产的专用 PWM 控制集成电路，如图 3所示。 图 3 SG3525 内部结构 它采用恒频 脉宽调制控制方案，其内部包含有精密基准源、锯齿波振荡器、误差放大器、比较器、分频器和保护电路等。 调节 Ur 的大小，在 A、 B 两端可输出两个幅度相等、频率相等、相位相互错开 180度、占空比可调的矩形波（即 PWM信号）。 它适用于各开关电源、斩波器的控制。 输出级采用推挽输出，双通道输出，占空比可调 .每一通道的驱动电流最大值可达 200mA,灌拉电流峰值可达 500mA。 可直接驱动功率 MOS 管，工作频率高达 400KHz，具有欠压锁定、过压保护和软启动振荡器外部同步、死区时间可调、 PWM 琐存、禁止多脉冲、逐个脉冲关断等功能。 该电路由基准电压源、震荡器、误差放大器、 PWM 比较器与锁存器、分相器、欠压锁定输出驱动级，软启动及关断电路等组成，可正常工作的温度范围是 0700C。 基准电压为 V士 1%，工作电压范围很宽，为 8V 到 35V。 8 SG3525 引脚 图 4 SG3525 的引脚 直流电源 Vs 从脚 15 接入后分两路，一路加到或非门；另一路送到基准电压稳压器的输入端，产生稳定的元器件作为电源。 振荡器脚 5须外接电容 CT，脚 6 须外接电阻 RT。 振荡器频率由外接电阻 RT 和电容 CT 决定，112 3170 1 C).(fT  ， 振荡器的输出分为两路，一路以时钟脉冲形式送至双稳态触发器及两个或非门；另一路以锯齿波形式送至比较器的同相输入端，比较器的反向输入端接误差放大器的输出，误差放大器的输出与锯齿波电压在比较器中进行比较，输出一个随误差放大器输出电压高低而改变宽度的方波脉冲，再将此方波脉冲送到或非门的一个输入端。 或非门的另两个输入端分别为双稳态触发器和振荡器锯齿波。 双稳态触发器的两个输出互补，交替输出高低电平，将 PWM 脉冲送至三极管 VT1 及 VT2的基极，锯齿波的作用是加入死区时间，保证 VT1 及 VT2 不同时导通。 最后， VT1 及 VT2 分别输出相位相差为 180176。 的 PWM 波。 9 SG3525 控制电路 OSC4DIS7CT5RT6COMP9IN1IN+2SS8VI15VCC13OUTA14OUTB11VREF16GND12SD10SYNC3U1SG3525R1100R610kR420KR310kR710kC25uC3GNDGNDGNDGND12VR21KC110nR510kD5D6P1Plug 图 5 SG3525 控制电路 1）振荡器振荡频率的确定 振荡器频率主要取决于 6 脚外接的定时电阻 2R ， 5脚外接的定时电容 1C 和放电电阻 2R （连接于 5 脚与 7脚之间的电阻）的大小。 他们的关系满足： 112 )(1 CRRfT  由于本课题设计驱动全桥的 IGBT 开关管频率为 100KHz，则 PWM 控制器振荡频率为 100KHz，现取 2R =1K， 1R =100Ω, TfRRC ）（ 121  =  ）（ =10nF 2）占空比计算，当 5R 调制最大 10K 时，占空比  =（ 10+10） /40 100%=50%；当 5R 调制最小 0Ω时，占空比  =10/40 100%=25%。 故占空比为 25%~50%,本次设计用占空比为 40%和 48%，能达到要求。 3） 8 脚外接软启动电容，该端到地所连接的电容可以决定该芯片的软启动时间，一般为 1~10uF，现取 2C =5uF。 4） 2 脚 为误差放大器同向输入端， 2 脚接给定基准电压，在图中，接由 出的分压基准。 1 脚为误差放大器反向输入端，与 2 脚误差放大器同向输入端相比较，从而控制输出 PWM 脉冲宽度， 1 脚与 9 脚接在一起。 5） 10 脚为外部控制端，该端输入的控制信号为低电平时， PWM 脉冲信号正常输出；为高电平时，芯片内部工作被关断，输出的 PWM 信号为零。 在仿真时，需要接地，因此， 10 脚串联一个 4R 后再接地。 6） 11 脚和 14 脚为两路相位相差 180 度的输出 PWM 驱动信号。 10 EXB841 驱动芯片 根据 IGBT 的特性，对其驱动电路要求如下： 1） 触发脉冲要具有足够快的上升和下降速度即脉冲前后沿要陡峭； 2）栅极串连电阻 Rg 要恰当。 Rg过小，关断时间过短，关断时产生的集电极尖峰电压过高； Rg 过大，器件的开关速度降低，开关损耗增大； 3）删射电压要适当。 增大删射正偏压对减小开通损耗和导通损耗有利，但也会使管子承受短路电流的时间变短，续流二极管反向恢复过电压增大。 因此，正偏压要适当，通常为 +15V。 为了保证在 CE 间出现 dv/dt 噪声时可靠关断，关断时必 须在栅极施加负片电压，以防受到干扰时误开通和加快关断速度，减小关断损耗，幅值一般为 （ 510)V； 4）当 IGBT 处于负载短路或过流状态时，能在 IGBT 允许时间内通过逐渐降低删压自动抑制故障电流，实现 IGBT 的软关断。 驱动电路的软关断过程不应随输入信号的消失而受到影响。 IGBT 常用驱动方法有：直接驱动法，隔离驱动法和集成模块驱动电路。 本次设计采用的是 EXB 系列集成模块 EXB841 来驱动 H 桥整流电路中的 IGBT。 集成模块驱动电路与分立元件的驱动电路相比，有体积小，效率高，可靠性高的优点。 EXB841 内部 结构如图 图 6 EXB 内部原理图 EXB841 驱动主要有三个工作过程：正常开通过程，正常关断过程和过流保护过程。 14 和 15两脚间外加 PWM 控制信号，当触发脉冲信号施加于 14 和 15 引脚时，在 GE两端产生约 16V的 IGBT开通电压；当触发控制脉冲撤销时，在 GE两端产生 的 IGBT 关断电压。 过流保护动作过程是根据 IGBT 的 CE极间电压 ceU 的大学判定是否过流而进行保护的， ceU 由二极管 VD7 检测。 当 IGBT 开通时，若发生负载短路等发生大电流的故障， ceU 会上升很多，使得 VD7截止， EXB841 的 6脚“悬空”， B点和 C 点电位开始由约 6V 上升，当上升至 13V 时， BZ1 被击穿， V3导通， C4通过 R7和 V3 放电， E 点的电压逐渐下降， B6导通，从而使 IGBT 的 GE 间电压 ceU 下降，实 11 现软关断，完成 EXB841 对 IGBT 的保护。 射极电位为 ，由 EXB841 内部的稳压二极管 VZ2 决定。 驱动控制电路原理及 PCB 设计 OSC4DIS7CT5RT6COMP9IN1IN+2SS8VI15VCC13OUTA14OUTB11VREF16GND12SD10SYNC3U1SG3525R1100R610kR420KR310kR710kC25uC3GNDGNDGNDGND12VR21KC110nR510kD5D6U2OPTOISO15IS0115TPL550146VCC219OUT3U3EXB841C4C5R820VD7DiodeP1Plug 图 7 驱动控制电路原理图 图 8 驱动控制电路 PCB 板 12。