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1、大功率铝氧化脉冲电源设计摘要在铝阳极氧化过程中，采用叠加直流成分的脉冲电源工艺，能使铝的表面生成坚硬的氧化膜，氧化膜有较好的抗腐蚀和抗磨损的能力，且裂纹少。由于在性能上的明显优点，叠加直流脉冲电源已经广泛用于铝氧化的生产工艺。工业生产中，首先要求电源要达到足够的输出功率，能长期稳定可靠地运行，并能对电压电流进行调节，脉冲的频率、通断比能调节修改，运行时间能方便地设定。在满足技术指标的情况下，操作尽可能简单方便，避免复杂的键盘操作。本设计包括主电路和控制电路两部分。主电路包括三相全控整流电路、滤波电路、斩波电路。控制电路采用凌阳16位单片机作为控制核心，调节占空比，频率，脉宽来调节输出电压。开关
2、功率元件选用IGBT。关键词：脉冲电源；三相整流；斩波AbstractIn the aluminum anodic oxidation process, uses the superimposition direct component the pulse power source craft, can enable the aluminum the surface production hard oxide film, the oxide film to have a better corrosion resistance and the anti- attrition ability, a
3、lso the crack are few. Because in the performance obvious merit, the superimposition direct current pulse power source already widely used in the alumina production craft. In the industrial production, first requests the power source to have to achieve the enough output, can long-term stably reliabl
4、y move, and can carry on the adjustment to the voltage electric current, the pulse frequency, passes breaks the ratio to be able to adjust revises, the running time can conveniently establish. In satisfies the technical specification in the situation, the operation simple is as far as possible conve
5、nient, avoids the complex keyboard holdingThis design includes main circuit and control circuit two parts. The main circuit including three-phase all controls the leveling circuit, the filter circuit, cuts the wave electric circuit. The control circuit uses insults the positive 16 monolithic integra
6、ted circuits to take the control core, the adjustment occupies the spatial ratio, the frequency, and the pulse width adjusts the output voltage. The switch power part selects IGBT.Key word： Pulse power sourc； Three-phase rectification； Chopping 目 录第1章 绪论1第2章 主电路设计32.1整流电路42.2 晶闸管的选择62.2.1 闸管额定电压V62.
7、2.2 晶闸管额定电流I72.3 中间滤波器设计82.4 斩波电路的设计92.4.1 直流斩波电路92.5 脉冲变压器：102.5.1作用：102.5.2特性：102.6 IGBT的保护102.6.1过电压保护102.7 吸收电路参数计算132.7.1 缓冲电容CS132.7.2 缓冲电阻 Rs142.7.3 缓冲二极142.8 脉冲变压器的选择14第3章 控制电路153.1 IGBT驱动153.1.1 SCALE功能介绍153.1.2 的特点163.1.3 的主要功能163.1.3 驱动块的保护功能173.2 的主要工作模式173.2.1 直接模式173.2.2 半桥模式183.3 引脚功能
8、183.3.1 输入部分引脚功能183.3.2 输出部分引脚功能193.4 小结193.5 TL494的特点与功能193.5.1 TL494的特点与功能193.6 晶闸管驱动203.6.1 晶闸管驱动信号要求203.6.2 驱动电路设计203.6.3 防止误触发的措施213.7 光电耦合器在电源技术中的应用213.8 过电流保护223.8.1 施密特触发器223.8.2 霍耳电流传感器253.9 过零点检测263.10 直流稳压电源28第4章 软件设计294.1 主程序流设计304.2 外部中断程序304.3 AD转换程序304.4 电压采样程序314.5 晶闸管触发程序的设计314.6 定时
9、器中断程序流程图的设计324.7 PID控制程序的设计324.7.1 PID控制324.8 程序流程图37总结42参考文献43英文原文44译文59致谢72附录73附录1元件清单73附录2程序清单78第1章 绪论大功率铝氧化脉冲电源的要求,在铝阳极氧化过程中，采用叠加直流成分的脉冲电源工艺，能使铝的表面生成坚硬的氧化膜，氧化膜有较好的抗腐蚀和抗磨损的能力，且裂纹少。由于在性能上的明显优点，叠加直流脉冲电源已经广泛用于铝氧化的生产工艺。直流电源的电压值，可改变负载电流中脉冲成分与直流成分的比例。下图是脉冲电压峰值为40V，脉冲电源和直流电源各通过二极管向负载供电，如图所示。调节脉冲电压的峰值或直流
10、电源电压为20V时的负载电压波形。因是阻性负载，其电流与电压波形形状是一致的。脉冲电源与直流电源为两台独立的电源。图1-1 输出波形技术要求输入参数 电压：3AC 380V50HZ输出参数 脉冲电流频率：100200HZ 脉冲电流幅值： 0200A连续可调 脉宽：14ms 脉冲部分输出电压：050V连续可调 直流部分输出电压：020V连续可调 频率误差：0.5% 脉宽误差：1% 幅值误差：0.3%第2章 主电路设计工业生产中，首先要求电源要达到足够的输出功率，能长期稳定可靠地运行，并能对电压电流进行调节，脉冲的频率、通断比能调节修改，运行时间能方便地设定。在满足技术指标的情况下，操作尽可能简单
11、方便，避免复杂的键盘操作。系统原理图如下 ：图2-1 系统原理图本设计需要两台独立的脉冲电源与直流电源构成，且两整流电路均采用三相全控整流电路实现对脉冲部分输出电压和直流部分输出电压的闭环控制。脉冲部分输出电压：040V连续可调；直流部分输出电压020V连续可调。两部分叠加输出2040V的脉冲电压。调节脉冲电压的峰值或直流电源的电压值，可改变负载电流中脉冲成分与直流成分的比例。主电路包括整流电路，滤波电路，斩波电路。如下图所示图2-2主电路图2.1整流电路整流电路是电力电子电路中出现最早的一种，它将交流电变为直流电，应用十分广泛，其交流侧由三相电源供电。因为本设计直流电压脉动较小，所以应用三相
12、整流电路。目前在各种整流电路中，应用最为广泛的是三相桥式全控整流电路。当060时，电流连续时输出电压平均值Ud与输入电压有效值U2的关系为： U=Ucos=2.34 Ucos通过晶闸管的电流I与负载平均电流Id的关系为：I=I三相全桥整流电路输入电流有效值I2与负载平均电流Id的关系为：I=+ I=0.816I图2-3 三相全控桥式整流电路电压波形图当60120时，电流不连续输出电压平均值与输入电压有效值U2的关系为：U=2.34 U1+cos(+)通过晶闸管的电流I与负载平均电流Id的关系为:I=I三相全桥整流电路输入电流有效值I2与负载平均电流Id的关系为：I=0.816I下面讲述可控整流
13、电路在感性负载情况下输出与输入的关系，认为电感足够大，使负载电流连续， 且其波形基本上为一条水平线 。感性负载时导电规律与阻性负载相同， 当0 (23)V其中V为晶闸管承受的最大正反向峰值电压，在本设计中V=328.8VV (23)V980V2.2.2 晶闸管额定电流I晶闸管额定电流的计算原则是必须使额定电流I大于实际流过晶闸管的电流平均值I.考虑过载系数，通常取12倍。晶闸管通态平均电流II=由三相全控桥式整流电路可知，流过晶闸管的电流有效值为： I=0.577I I=21.5716.32=51.24A晶闸管并联支路的确定 n=(23)V/(0.80.9)V=0560.74所以，不需要晶闸管
14、并联。晶闸管的过电压保护常见的晶闸管过电压有交流侧过电压和直流侧过电压交流侧过电压阻容保护电阻R、C用下面关系式近似计算： R= =式中:U 整流变压器的阻抗电压，以额定电压的百分数表示，对于本设计，U = 4%10%;Io变压器空载电流，以额定电流的百分数表示，对于本设计，Io=4%10%U 变压器二次相电压有效值(V);S 变压器每相的平均视在容量(VA)。直流侧过电压阻容保护直流侧过电压保护一般采用在晶闸管两端并联阻容吸收的方法。C=（24） =0.15R=1030 取15电容耐压2.3 中间滤波器设计直流滤波电容器的参数计算。在三相全控整流电路中，输出直流的基波脉动频率为300Hz。为
15、了保证整流输出电压为一平直电压，滤波电路的时间常数，即滤波电容器和直流电源的等效负载电阻的乘积应远远大于整流输出电压的基波脉动周期，实际应用中一般取6-8倍即可。既有： =（68）/300=（2027）得： =（2027）取=10100则 =2002000实际中选用 =2000 滤波电容的耐压值按整流最大输出电压选取，即117V.实际取用耐压为450V.限流电抗器的参数计算的作用主要是限流，限制流过晶闸管的电流尖峰，改善网侧功率因数。一般可以按照下面的式子进行计算求取： =(2023)则 =（2023）=1011.5因此可以按照10，100A选择。在选用和时,除了考虑限流、滤波功能外，还需要考
16、虑到在电源额定工作状态下，斩波器因某种原因突然停止工作时，储存在中的能量将转移到中，此过程会使端电压升高，此电压则直接加到IGBT上，因此选择时也不能取的太大。值应该满足:（k-1）其中k为升压系数，一般取1.2。如果与的取值不能满足上面的关系式则需要适当的增大或者减小.本设计中 :（k-1）=80因此前面的取值在10合理范围内，无需调整。2.4 斩波电路的设计直流斩波电路将直流电源的恒定直流电压，通过电子器件的开关作用，变换为可调直流电压的装置称为直流斩波器。如采用晶闸管作开关元件，则称为晶闸管直流斩波器。直流斩波器也称直流断续器或直流调压器，较多用于直流牵引调速，例如电力机车、地铁、城市电
17、车、电瓶搬运车和铲车等。斩波器的核心部分是晶闸管直流开关。2.4.1 直流斩波电路 为改变负载直流电压，通常有以下三种工作方式：（1）脉冲宽度控制（2）脉冲频率控制（3）脉冲混合控制（一）脉冲宽度控制直流斩波器（二）脉冲频率控制直流斩波器本设计脉冲部分的电源采用电压可调的三相全控晶闸管整流。由于三相全控整流的纹波输出比较低，只要并入一定的电解电容即可满足滤波的需要。斩波元件采用绝缘栅双极型晶体管（IGBT）。IGBT的载流能力主要受元件温升的限制。 有效值IGBT选择取3倍裕量耐压取3倍选型最大反向电压2.5 脉冲变压器：2.5.1作用：1、起阻抗匹配作用。降低脉冲电压幅值增大输出电流，更好地
18、触发晶闸管。2、可改变脉冲正负极性或同时送出两组独立脉冲。3、将低电压的触发电路与高电压的主电路在电气上加以隔离。2.5.2特性： 一般变压器传递的是正弦交流电压，而脉冲变压器传递的是前沿陡削的单方向脉冲电压。2.6 IGBT的保护2.6.1过电压保护IGBT关断时，它的集电极电流下降率较高，极高的电流下降率将引起集电极过电压。为了保护IGBT，必须对其两端的过电压进行控制，以免过电压超过其额定值而导致IGBT的损坏。抑制IGBT集.一种是增大栅极电阻RG，另一种是采用缓冲电路。然而，凡的增大将减缓IGBT的开关速度，从而增加了开关损耗，因此这种方法不可取。缓冲电路又称吸收电路，主要用于抑制电
19、力电子器件的内因过电压、dv/di和di/dt，减小器件的开关损耗。缓冲电路可分为关断缓冲电路和开通缓冲电路。关断缓冲电路的基本思路是将电容并联于器件两端，利用电容器上的电压不能的原理来抑制尖峰电压，即吸收器件的关断过电压和换相过电压，减小dv/dt，同时减小器件的关断损耗。开通缓冲电路是利用电感与器件串联来抑制器件开通时的电流过冲和di/di并减小器件的开通损耗的。由于开通缓冲电路很容易实现，下面将着重介绍关断缓冲电路。在实际应用中，IGBT的关断缓冲电路有RC吸收和RCD吸收两种。1 RC吸收电路IGBT的RC缓冲电路如图3_5a中吸收电容CS与电阻Rs串联后并联于IGBT的集电极和发射极
20、两端构成了RC吸收电路。为了限制吸收电容Cs的放电电流，将其串联了一个电阻R，但是由于电阻R的串入，使得IGBT关断时的过电压吸收效果较单电容缓冲电路要差，而且Rs阻值越大，吸收效果越差。所以在实际应用中，Rs阻值取得较小，这样既可有较好的吸收效果，同时对开通时的电流尖峰又有抑制作用。2 RCD 吸收在RC吸 收电路的吸收电阻上并联一只二极管就构成了RCD吸收电路，如图3_5b所示。当IGBT关断时，电源经二极管向电容充电，由于二极管的正向导通压阳浸小，所以关断时的过压吸收效果与电容吸收效果相同。当IGBT开通时，电容通过电阻放电，限制了IGBT中的开通尖峰电流。器件每开通一次，电容就充放电一
21、次，所以将其称为充放电缓充电路。通常，在IGBT关断时，电容被充到电源电压值。在IGBT导通时，电容通过放电使充入电容的能量全部消耗在放电回路中，主要消耗在电阻上，而且这种功损耗正比于IGBT的开关频率。 图 2-4 IGBT吸收电路这两种吸收电路因直接并接在IGBT的集电极和发射极的两端，IGBT关断时收电容的电压从零开始上升，因而具有较好的过电压吸收效果。使得IGBT关断时的电流、电压的运行轨迹靠近电流、电压坐标轴，提高了IGBT关断时的安全性。但是，对于大功率IGBT来说，其使用频率通常在lochs左右，在这样高的频率下，这两种缓冲电路由于自身损耗过大而无法使用。目前钳位式RCD吸收电路
22、被认为是最适合于大功率IGBT的吸收电路，并且被广泛采用。图2-4所 示为带有钳位式RCD吸收电路的IGBT斩波器原理图。设负载为感负载，用串联的RL和LL表示。DL为负载续流二极管，Ls代表主电路的杂散电感。钳位式RCD吸收电路由电阻RS、电容CS和二极管Ds组成。吸收电容CS与二极管串联后并联于IGBT的集电极和发射极之间，电阻RS不象吸收电路那样与二极管Ds并联，而是另一端与电源的正极相连。斩波器工作时，电容Cs上充有与电源电压-样高的电压，当IGBT导通时，由于二极管的作用，电容Cs上的电荷不会放掉，电容电压仍为电源电压。当IGBT开始关断时，负载电流仍继续流过IGBT，直到IGBT的
23、VCE电压，续流二极管导通。在IGBT与续流二极管换相的过程中，杂散电感中的电流突然变小，若无吸收电路会在IGBT的集电极和发射极之间产生尖峰电压，使IGBT可能遭到被击穿的危险。在加上钳位式RCI吸收电路后，当IGBT的集电极电压高于电源电压时，杂散电感中的能量通过二极管Ds转储到吸收电容CS中，IGBT的集电极电位被钳在电容电压上，这就抑制了IGBT集电极尖峰电压，而且这种钳位式RCD吸收电路只在IGBT的集电极电压高于电源电压时才起作用，减小了附加损耗。图 2-4为IGBT关断时的电压、电流波形图和轨迹图。在栅极关断信号的作用下，t1时刻IGBT集电极电压开始上升。在ti- t2期间，为
24、Yc电压上升阶段，由于是电感性负载，使流过IGBT的电流基本保持不变，在VCF电压低于电源电压时，吸收二极管Ds和续流二极管DL都不导通。当电压上升到电源电压时，即t2时刻，IGBT的电流开始衰减并向Ds转移，负载电感中的电流和杂散电感中的电流都开始衰减，续流二极管开始导通。t3时刻，IGBT的电流衰减至零，负载电流经续流二极管续流，由于吸收回路中也有杂散电感，所以在12-13期间出现小的尖峰电压。在t3_t4期间，Ls中的储能充向吸收电容Cs，使VCE电压抬高。14时刻，当Ls中的能量全部转储到电容Cs中时，VCE电压达到最大值。之后，当二极管Ds反向恢复时，由于反向恢复电流迅速消失，导致I
25、GBT集电极电压出现凹坑。Is时刻，杂散电感中电流为零，集电极电压又回到电源电压上。高于电源电压的电容电压经电阻RS向电源放电，由杂散电感充向电容上的能量经Rs大部分送回电源，一部分消耗在电阻RS上。这种钳位式缓冲吸收电路的电容为无感电容，且电容量可取得大一些。电容容量越大，吸收过压的效果越明显。由于电容Cs上得到的多余能量大部分被送回电源，所以Rs上的功耗不是很大，可选用小容量的电阻。这不但减小了发热，提高了效率，而且可使吸收电路的体积缩小。通常Cs为几微法，RS为几十欧姆，二极管Ds应选用快速恢复二极管。2过电流保护当IGBT发生过流或短路故障时，若不加以保护或保护不当，就可能因发生擎住效
26、应，使IGBT超过其热极限而毁坏。为了避免这些情况的发生，必须对IGBT采取有效的保护措施.IGBT的过电流保护电路可分为两种类型:一种是过载电流保护，另一种是短路电流保护。对于过载保护，由于不必快速响应，可采用集中式的保护，即检测输入端或直流环节的总电流。当此电流超过设定值之后，比较器翻转，封锁装置中所有IGBT驱动器的输入脉冲，使装置的输出电流降为零。这种集中式的保护具有保护的彻底性，一旦保护动作后需要通过复位才能恢复正常工作。然而，对于短路保护，由于IGBT只能承受很短时间的短路电流，所以其保护电路必须快速动作。下面将着重讨论短路保护。从识别出过电流信号至切断栩极信号的这段时间必须小于I
27、GBT允许短路过电流的时间。而IGBT承受短路电流的时间长短与该IGBT的导通压降有关，并随着饱和导通压降的增加而延长，这是因为随着饱和导通压降的增加，IGBT的阻抗也在增加，导致短路电流的幅值减小，而且短路时的功耗也随着短路电流的平方在减小。如饱和导通压降小于2V的IGBT允许承受的短路时间小于5s,饱和压降为3V的IGBT承受的短路时间可达15s ，当饱和压降增加到4V5V时，其允许短路时间可达30s 。IGBT的过电流损坏问题可以依靠IGBT驱动电路中过流保护电路来解决，IGBT的驱动电路将在下一章讲解。2.7 吸收电路参数计算2.7.1 缓冲电容CS缓冲电容Cs可将输入电压置于低电压，
28、由实验方法确定，也可以由母线电感计算.图4-4中，初始浪涌电压之后，随着缓冲电容的充电，瞬态电压再次上升。第二次上升峰值UCEP取决于缓冲电容CS与母线电感LP，设引起浪涌电压的能最LPI02/2可被缓冲电容CS完全吸收，则有:= =-式中：为最大工作电流;为第二次上升电压峰值。在设计系统时采用整体缓冲电路，通常以每100A输出级电流大约取1F的方法确定电路的电容量。 所以本设计中选用1F的电容。2.7.2 缓冲电阻 Rs要求IGBT关断信号到来之前，将缓冲电容所积蓄的电荷放完。以关断信号之前放掉90%为条件，Rs缓冲电阻Rs的选择应遵循以下原则:缓冲电阻不能太小，过小会使IGBT开通时的集电
29、极初始电流增大.因此，在满足上式条件下，希望尽可能选取大的电阻值。为IGBT的开关频率，IGBT的最大开关频率为1500Hz，实际使用时取f=1500Hz.则有=0.11缓冲电阻的电阻功耗=故选用50W、0.2的电阻。2.7.3 缓冲二极 故选用快速恢复二极管，以保证IGBT导通时很快关断。缓冲二极管选用过渡正向电压低、反向恢复时间短、发向恢复特征较软的规格，其额定电流应不小于主电路开关器件额定电流的1/10。可以选用MUR3010CE型超快速恢复二极管。其额定正向平均电流为30A，反向重复峰值电压为1000V，反向恢复时间100s。2.8 脉冲变压器的选择脉冲变压器的作用是传输脉冲信号。它是
30、可控硅触发电路常用的元件之一。脉冲变压器的功能有：1.通过改变线圈的匝数比借以升高或降低脉冲电压（或电流）的幅值。2.改变脉冲的极性。即把正脉冲变为负脉冲或相反。3.分隔变压器各线圈之间的电位。改变线圈之间的匝数，实现输入和输出之间的阻抗匹配。脉冲变压器的参数：脉冲变压器的初级供电压：=100V;脉冲变压器的频率：=50Hz脉冲变压器的匝数比：=10第3章 控制电路3.1 IGBT驱动由于（绝缘栅双极性晶体管）是一种电压控制型功率器件，它所需驱动功率小，控制电路简单，导通压降低，且具有较大的安全工作区和短路承受能力。因此，目前已在中功率以上的电力电子系统中（如变频器、电源、高频焊机等）逐渐取代
31、了 及 而成为功率开关元件市场中的重要一员。然而如何有效地驱动并保护则成为目前电力电子领域中的重要研究课题之一。一个具有保护功能的驱动电路不但能在正常工作状态下给提供所需的驱动功率，在异常工作状态下能起保护的作用，而且应当能使电力电子系统中的有很好的替换特性。因此高性能的驱动电路是提高电子产品品质和可靠性，从而增强其竞争力的关键之一。本设计介绍一种高性能、智能化的驱动板。图3-1 IGBT驱动3.1.1 SCALE功能介绍驱动板系列是瑞士公司生产的，公司是专业生产驱动电路的公司，主要为西门子高压大电流模块配套。该驱动板采用设计，仅用电源驱动，开关频率可大于，且具有高可靠和长寿命特性，可驱动、的
32、。3.1.2 的特点1.实用范围宽可应用在数千瓦至数兆瓦的功率范围及实用的耐压要求范围内，几乎可工作在所有的频率及调制模式，适用于任何厂家的模块。2.体积小巧、结构紧凑、应用灵活，具有直接和半桥模式可供选择。在半桥模式下，可选用所要求的死区时间。3.成本低，具有很高的性能价格比。除可提供栅极驱动外，还具有检测状况显示及电源隔离等功能，是一种可满足市场所有要求的、最经济实用的驱动板。4.使用简便。该驱动板的电接口非常简单，可处理电平的标准逻辑信号。具有施密特触发器输入特性，且对输入信号没有特殊要求。故障传送使用集电极开路输出，可与常用的逻辑电平相兼容。因为驱动板具有所有智能化驱动功能，且驱动信号
33、、状态传送及电源与功率部分完全隔离，所以使用非常简单。在大多数情况下，用智能化驱动板来驱动标准模块，比使用智能化模块（）更加简便，也更加灵活。3.1.3 的主要功能由电子接口 、智能栅极驱动 和 电源组成，该驱动板主要有两个功能块。其中功能块为（逻辑与驱动之间的接口），每一个可驱动两路。加在输入端的信号再通过脉冲变压器隔离后，即可输出驱动信号，以驱动工作。功能块为（智能栅极驱动），该功能块工作时，每路用一个从脉冲变压器接收编码脉冲信号，然后解码出原始的信号。再经功放，便可给栅极提供数安培的驱动电流。1. 电子接口因为信号的频率和占空比变化较大，所以不能简单地通过变压器传送。为此，配备了逻辑驱动
34、接口，的结构如图所示，它具有以下功能：1.可为用户提供一个简单的接口，两个信号输入端都具有施密特触发器特性；2.与、的逻辑电平相匹配。3.产生半桥所需的死区时间；4.对信号进行编码，以使其可通过脉冲变压器传送；5.识别编码传送的状态通知信号并放大，以为用户提供一个准静态的状态信号。 驱动器可不加任何元件而直接与逻辑电路相连，也可通过较长的电缆相连。这种情况下，为了获得较高的信躁比，应使用电平。同时应通过外接的网络来获得所要求的死区时间。2.驱动块具有所有必需的智能驱动功能，如变压器接口、过载和短路保护、锁定时间逻辑、状态通知、对电源电压和输出级的监测等。驱动块主要用于完成如下功能：1.对从脉冲
35、变压器接收的编码信号进行解码；2.用功放信号驱动；3.监测的过载和短路；4.监测欠压；5.产生响应时间和锁定时间；6.给控制器（）发出状态通知信号。智能驱动块所有的保护、监测功能（如过流、短路保护和欠压保护）都置于次级。这样，在出现故障时，电路将立即被关闭并锁定。3.1.3 驱动块的保护功能的保护主要包括短路和过流以及电源监测。对于短路和过流保护来说，驱动中的每路都有一个监测电路。为关断阈值的参考电阻。在开通后的一段响应时间内，监测电路不起作用。而当出现故障后，锁定时间功能开始启动，并在锁定时间内使驱动器锁定，而不再接受输入信号。模块中的各路都具有自己的锁定功能，并均由各路的实现。一旦超过由设
36、定的阈值，锁定将立即启动。3.2 的主要工作模式3.2.1 直接模式在直接模式下，各路将独立地工作。该模式可用于已产生死区时间的信号的驱动，也可用于独立工作的各路。将输入与相连，和接地，即为直接模式。在直接模式下，状态输出和分别返回，因此当出现故障时，可以方便地确定故障出现在那一路。3.2.2 半桥模式通过与和相连的网络可获得数百纳秒的死区时间。当输入端为低电平时，两路都被关断。将输入接地即为半桥模式，输入为输入，为使能输入。在输入端接上齐纳二极管可使输入端和设置在电平。由于该模式下的状态输出和连接在一起，因此，两路故障为“或”的关系。当网络为时，死区时间为。3.3 引脚功能3.3.1 输入部
37、分引脚功能：电源地；：电源，供电源使用；：电源，供使用；：用来设置输入端和的施密特触发器的开关阈值。当输入信号为加在端电压的时，开通；为时关断；：模式选择；：信号输入端；：信号输入端；：状态输出；：状态输出；：产生路死区时间的网络；：产生路死区时间的网络；端：设置死区时间的网络。在半桥模式中，将网络与各端相连接可确定对应各路的死区时间。死区时间随温度可能有很小的漂移。所接电阻不允许小于。网络必须要按图连接，并将电阻与连接，电容接地。表给出了网络与死区时间的对应关系。3.3.2 输出部分引脚功能端（栅极）:与栅极相连，并用驱动。端（发射极）:与发射极直接相连，且连线应尽可能地短。端（集电极）:用
38、来检测开通时的电压降，因此必须直接与集电极相连。对于和模块，应用个或个二极管来满足的耐压要求。使用普通高压二极管即可，一般不需用高压快恢复二极管。端（参考电阻）：通过接在端的参考电阻可确定的保护关断阈值。端的参考电位、参考电阻必须尽可能地靠近模块。当端的电压超过端的电压时，将启动保护功能。此时电流源将提供的电流。参考电阻值可通过下列公式来计算：若为时，应选择 的电阻。3.4 小结智能化驱动板具有驱动能力强、可靠性高、具有多种保护功能等特点，它不但能在正常工作状态下给提供所需的驱动功率；而且可在异常工作状态下保护，同时还能使电力电子系统中的有很好的替换特性。因此，使用高性能的驱动电路板是提高电子
39、产品品质和可靠性，从而增强其竞争力的关键之一。3.5 TL494的特点与功能3.5.1 TL494的特点与功能TL494是美国德州仪器公司生产的电压驱动型脉宽调制器，可显示器、计算机等系统电路中作为开关电源电路，TL494的输出三极管可接成共发射极及射极跟随器两种方式，因而可以选择双端推挽输出或单端输出方式，在推挽输出方式时，它的两路驱动脉冲相差180度，而在单端方式时，其两路驱动脉冲为同频同相。TL494的内部功能框图如图3-2所示。其引脚功能如下：1、2脚分别为误差比较放大器的同相输入端和反相输入端。3脚为控制比较放大器和误差比较放大器的公共输出端，输出时表现为或输出控制特性，也就是就在两
40、个放大器中，输出幅度大者起作用。当3脚的电平变高时，TL494送出的驱动脉冲宽度变窄，当3脚电平低时，驱动脉冲宽度变宽。4脚为死区电平控制端，从4脚加入死区控制电压可对驱动脉冲的最大宽度进行控制，使其不超过180度，这样可以保护开关电源电路中的三极管。5、6脚分别用于外接振荡电阻和电容。7脚为接地端。8、9脚和11、12脚分别为TL494内容末级两个输出三极管的集电极和发射极。12脚为电源供电端。13脚为功能控制端。14脚为内部5V基准电压输出端。15、16脚分别为控制比较放大器的反相输入端和同相输入端。3.6 晶闸管驱动3.6.1 晶闸管驱动信号要求晶闸管导通的条件是在晶闸管阳极加正向电压期
41、间，给门极施加正的控制信号。当晶闸管导通后，将不再受门极信号的控制，直到阳极电流小于维持电流，晶闸管自行关断。晶闸管驱动信号的基本要求是:l. 触发信号只能在门极为正，阴极为负时起作用。为了减小门极的损耗，触发信号常采用脉冲形式。2. 触发脉冲应有足够的功率。触发电压和触发电流应大于晶闸管门极触发电压和触发电流。因为晶闸管的特性有很大的分散性，且随温度而变化，因此在设训触发电路时，触发电流通常应大于晶闸管门极触发电流的2一3倍，触发电流的前沿应达到门极电流的5倍以上。保证晶闸管可靠触发。3. 触 发 脉冲的移相范围能满足整流要求，在本设计中要求移相范围为120o.4. 触 发 脉冲的宽度和陡度
42、。触发脉冲的宽度一般应保证晶闸管阳极电流在脉冲消失之前能达到擎住电流，使晶闸管能保持导通状态，这是最小的允许宽度一般要求触发脉冲前沿陡度大于10V/us5. 根据系统设计指标，本设计中驱动信号还必须经过隔离，以保证主回路与控制模块电位隔离。3.6.2 驱动电路设计本设计中可控整流驱动信号采用移相控制，由控制模块运算移相参数，设计晶闸管驱动电路如图示。驱动电路输入加一级光祸隔离，减少控制模块与驱动模块之间的相互干扰。光藕输出控制MOSFET的通断，从而在1:1脉冲隔离变压器两端产生与输入脉冲同相位的脉冲电压MOSFET选用IRF540，足以提供变压器原边电流。D1与Z1组成回授通道，当Q关断时，脉冲变压器原边电流不能突变，从而感应出电压Ldi/dt，当这一电压大于24V时，D2导通向24V回送电流尖峰，并使脉冲成RC滤波网路，可以防止触发上的尖峰干扰误导通晶闸管。同时为了保证输出触发脉冲与输入脉冲信号同步，D1 D2选择快恢复二极管FR107 o Rz选用比较R，很大
