电子系统概论 第二讲功率驱动电路

第二讲功率驱动电路设计高明煜一、LED数码管驱动1、动态显示LED有两种显示方式：动态扫描显示。优点成本低，缺点亮度不均匀。静态显示。优点亮度均匀，缺点成本高三极管处开关状态.目前普通发光管的最大驱动电流IF为20mA，VF为1.2V,三极管放大倍数取100.abcdefgdpR1R2Ibß=100VCC150.31.20.17520CCCEFCVVVRKI200.2100CbIImA250.721.50.20CCBEbVVRKI为使只有一个发光管工作时,也能进行合理限流,则R1的最大限流值取20mA.故全亮时的驱动电流为2.5mA。２．静态显示用74LS164、74HC594，595串变并移位寄存器DinCLKVCCR1LED15VD7D0150.31.20.43758CCCEFLVVVRkI由于74LS164每路输出端最大灌电流为8mA.故限流电阻可取:二．继电器驱动１、用分立元件K1R1Q1D1VCCP1.012V可取继电器工作电流50mA,三极管放大倍数100，则:500.5100CbIImA50.718.60.5CCEVVbRKIb注图中Ｄ１为续流二极管２．用达林顿集成电路驱动如果一个电子系统中有多个信号继电器需要驱动,则可考虑达林顿驱动集成电路，如用７路输出ULN200０系列：8路达林顿驱动芯片ULN2800系列:VCCCOMIN0IN1IN6OUT0OUT1OUT612VGNDULN2003TOMCU采用ULN2003的７路继电器驱动电路：三、功率MOS管驱动电路设计功率MOS管加驱动电路的主要目的:改善MOS管栅极驱动波形,缩短MOS管开通和关断时间,降低开关损耗实现电平转换完成故障保护实现电气隔离电气隔离又分为：光耦隔离，用于数十kHz以下脉冲变压器隔离，最高可达几MHZ1、用分立元件驱动7.2VDrive-aDrive-bVT18050VT28550VT38050VT48550MCU_PWM4MCU_PWM02.2KR12.2KR3470uHL2470uHL3D2D3470uFC3470uFC410R210R4A-+MotorQ2IRFZ44NQ1IRF9540Q3IRF9540Q4IRFZ44NVT580502.2KR5VT680502.2KR6图中VT1-VT6处于开关状态,当PWM4=1,PWM0=0时,电机正转,当PWM4=0,PWM0=1时,电机反转采用分立元件的优点是成本低,缺点是功耗大,波形上升和下降沿不够陡。解决功耗大的方法可用小功率MOS管2N7000（60V/0.2A,N)代替S8050,用NTK3142(-20V/0.28A,P)代替S8550.改善波形上下沿只能加大MOS管栅极驱动电流。2.低端驱动电路(IR4426/4427/4428)低端驱动集成电路主要用在输入端和输出端可以共地的电路中，如Boost升压电路、单端反激式和单端正激式DC/DC变换电路等。PREDRVDRVVsOUTA(OUTB)GNDINA(INB)IR4427主要技术参数:符号名称最小值典型值最大值单位Vs电源电压620VVo输出电压0VsVVIN逻辑输入电压0VsVIo+输出拉电流1.52.3AIo-输出灌电流1.53.3AVIH逻辑“1”输入电压2.7VVIL逻辑“0”输入电压0.8Vtd1开通延迟时间85160td2关断延迟时间65150tr开通上升时间1535tf关断下降时间1025有单片机控制的IR4427驱动的Boost升压电路如下图所示。图中IC1为单片机（MC9S08SH8），IC2为驱动集成电路(IR4427)，元件L、D、M1、E构成Boost升压电路。IC2IC16723R1R3R4R2EDLM18456VssVcc+5VPWMIFVF+12V+24V33.MOS管高端驱动电路高端驱动集成电路主要用在功率MOS开关管不能直接接地的电路中，如BUCK降压电路等。典型低端集成驱动电路有IR公司的IR2117等。UVDETECTPULSEGENUVDETECTPULSEFILTRERRSQ_VccINCOMVBHOVsHVLEVELSHIFTIR2117芯片技术参数:符号名称最小值典型值最大值单位VB高端浮动电源电压-0.3625VVS高端浮动电源偏电压VB-25VB+0.3VVHO高端浮动输出电压VS-0.3VB+0.3VVCC逻辑电路电源电压-0.325VVIN逻辑输入电压-0.3VCC+0.3VIO+输出拉电流200250mAIO-输出灌电流420500mAVIH逻辑“1”输入电压9.5VVIL逻辑“0”输入电压6.0Vton开起延迟时间125200nStoff关断延迟时间105180nStr开起上升时间80130nStf关断下降时间4065nS由单片机控制为IR2117驱动的BUCK降压电路如下所示。图中IC1为MC9S08SH8单片机，IC2为高端驱动电路，元件L、D、M1、E构成BUCK降压电路。IC1R1R3R4R2ED1LM18456VssVcc+5VPWMIFVF+300VVout3+12VC1VccIN128763IC2COMVsVBVccD4.半桥驱动集成电路半桥集成驱动电路主要用在半桥或全桥变换电路中,典型芯片有IR2110,其内部结构如下图所示:UVDETECTUVDETECTPULSEFILTRERRSQ_VBHOVsRSQRSQVDD/VCCLEVELSHIFTVDD/VCCLEVELSHIFTPULSEGENDELAY___VccLOCOMHINSDLINVDDHVLEVELSHIFTVSS符号名称最小值典型值最大值单位VB高端浮动电源电压-0.3525VVS高端浮动偏量电压VB-25VB+0.3VVHO高端浮动输出电压VS-0.3VB+0.3VVCC低端固定电源电压-0.325VVLO低端输出电压-0.3VCC+0.3VVDD输入逻辑电路电压-0.3VSS+0.3VVSS逻辑电路偏量电压VCC-25VCC+0.3VVIN逻辑输入电压VSS-0.3VDD+0.3VIO+输出拉电流2.02.5AIO-输出灌电流2.02,5AVIH逻辑“1”输入电压9.5VVIL逻辑“0”输入电压6.0Vton开起延迟电压120150nStoff关断延迟时间94125nStr开起上升时间2535nStf关断下降时间1725nStsd保护关断延迟时间110140nSIR2110技术参数用IR2110构成的半桥逆变电路VCCVDD2VDDHINHINSDSDLINLINVSSVSSVBHOVCC1VSLOIC1IC2R1R2VDD1C1D1RLVDCBUSC3C4M1M2控制芯片IC1产生二路逆变脉冲，经IC2驱动放大后，控制MOS管M1和M2交替工作，这样负载RL得到一个其工作频率由控制芯片IC1决定的,其幅值为直流母线电压一半的交流波形。用2片ＩＲ２１１０半桥驱动集成电路的全桥逆变电路M1M2M4M3LOADR2R3R5R4D1D2C2C3C1C4R1R6VCCVBVHVSVLGNDLINHINGNDVLVSVHVBVCCHINLINDC300V5.智能驱动芯片驱动电路与MOS管合二为一,并具有过流、过热等保护BTS7960内部结构图四.直流电机驱动传统小功率直流电机采用线性集成电路如LB298驱动，但功耗较大，目前主要采用开关集成电路，如MC33931等。1.MC339312.BD6230系列3.用普通MOS管加驱动电路采用2片IR2110的直流电机驱动电路M1M2M4M3MOTORR2R3R5R4D1D2C2C3C1C4R1R6VCCVBVHVSVLGNDLINHINGNDVLVSVHVBVCCHINLINDC300V五．步进电机驱动１．用达林顿ＩＣ驱动步进电机主要技术参数名称:24BYJ48-01额定电压12VDC相数4减速比1/64步距角5.625°/64直流电阻50Ω±7%(25℃)空载牵入频率600Hz空载牵出频率1000Hz控制极123456785++++++++4---3---2---1---12345678910111213141516ULN2003+12V42315+12VC1PTE2PTE3PTE4PTE5单片机基于单片机及ULN2003的步进电路驱动电路：２．采用步进电机专用集成电路通常应用:VCC=32V,IC=1.8AHALFSTEPAMODE0=HMODE1=LPS：CLKOUT1AOUT1BOUT2AOUT2B节拍：1234567812步进电机的最佳工作频率CLK=2kHZ功率驱动集成电路主要生产商: