TLP250驱动电路之PROTEL电路设计

TLP250驱动电路之PROTEL电路设计 TLP250PROTEL 鄭清宇 學號：U9516810 電力電子實驗室 指導教授：郭見隆老師 此作業目的在於整理上課之內容大綱及整理上課之筆記重點。本次課程內容是介紹”POWER ELECTRONICS AND DRIVES”書中Push Pull(推挽電路)，使用MOS作為電路開關，其中分為3個上橋開關與3個下橋開關，可使用此電路做為無刷馬達驅動。 This work goal lies in the reorganization to attend class the content program and the reorganization attends class the note key point. This curriculum content is introduced "POWER ELECTRONICS AND DRIVES" in the book Push Pull (push-pull circuit), uses MOS to take the terminal switch, in which divides into 3 on bridges switches to get down from the bridge the switch with 3, may use this electric circuit to do for not brushes the motor to actuate. TLP250 用柵極電壓來控制漏極電流的，因此它的一個 功率器件驅動模組TLP250的結構和使用方顯著特點是驅動電路簡單，驅動功率小。其第 法，給出了其與功率MOSFET和DSP控制器二個顯著特點是開關速度快，工作頻率高，電 介面的硬體電路圖。在闡述IRF840功率力MOSFET的工作頻率在下降時間主要由輸MOSFET的開關特性的基礎上，設計了吸收回入回路時間常數決定。 路。最後結合直流斬波調速技術，設計了基於MOSFET的開關速度和其輸入電容的充放 TMS320LF2407 DSP的直流電動機全數位閉電有很大關係。使用者雖然無法降低Cin的環調速系統，並給出了實驗結果。 值，但可以降低柵極驅動回路信號源內阻Rs 的值，從而減小柵極回路的充放電時間常數， 加快開關速度。 MOSFET IRF 840為單極型器件，沒有少數載流子的IRF840 MOSFET電力場效應電晶體在導 通時只有一種極性的載流子(多數載流子)參與存儲效應，輸入阻抗高，因而開關速度可以提 導電，是單極型電晶體。電力場效應電晶體是高，驅動功率小，電路簡單。但是，功率 設定採樣電阻為Rsample（單位為Ω），採樣MOSFET的極間電容較大，因而工作速度和驅 電阻的壓降為Vsample（單位為mV）， 10位動源內阻抗有關。和GTR相似，功率MOSFET 元ADC的參考電壓為5.0V。則ADC的1 LS的柵極驅動也需要考慮保護、隔離等問題。 B對應的電壓值為 5000mV/1024?5mV。一個5 PWM mV的數值轉換成電流值就是50mA，所以軟 體PWM電流控制精度最大為50mA。若想增PWM 比較器包括斜率補償電路、回授電壓加軟體PWM的電流控制精度，可以設法降低與有斜率補償電壓比較器CA1、功率限制電壓 ADC的參考電壓或採用10位元以上ADC的單與無斜率補償電壓比較器CA2、空白時間產生片機。 PWM採用軟啟動的方式。在進行大電器、邏輯電路與過電壓保護電路，如圖九所流快速充電的過程中，充電從停止到重新啟動 示。PWM 比較器的輸出訊號VPWM 是否導通的過程中，由於磁芯上的反電動勢的存在，所 由時脈來決定，是否截止由兩個比較器CA1 以在重新充電時必須降低PWM的有效占空比, 與CA2 的輸出來決定。當有斜率補償的電流以克服由於軟體調整PWM的速度比較慢而帶偵測電壓VS1 大於回授電壓VF，比較器CA1 來的無法控制充電電流的問題。充電效率不是 送出高準位。當無斜率補償的電流偵測電壓很高。在快速充電時，因為採用了充電軟啟 Vsen 大於功率限制電壓Vlimit，比較器CA2 送動，再加上單片機的PWM調整速度比較慢，出高準位。只要有一個比較器送出高準位就啟所以實際上停止充電或小電流慢速上升充電 動重置訊號而將驅動訊號截止。 的時間是比較大的。 優點：簡化了PWM的硬體電路，降低了硬體 的成本。利用軟體PWM不用外部的硬體PW M和電壓比較器，只需要功率MOSFET、續流 磁芯、儲能電容等元器件，大大簡化了週邊電 路。可控制涓流大小。在PWM控制充電的過 程中,單片機可即時檢測ADC埠上充電電流的 大小，並根據充電電流大小與設定的涓流進行 比較，以決定PWM占空比的調整方向。 電池 喚醒充電。單片機利用ADC埠與PWM的寄 圖一 為三向開關電路 存器可以任意設定充電電流的大小，所以，對 於電池電壓比較低的電池，在上電後，可以採PWM整流器的基礎是電力電子器件，其與普 取小電流充一段時間的方式進行充電喚醒，並通整流器和相控整流器的不同之處是其中用 且在小電流的情況下可以近似認為恒流，對電到了全控型器件，器件性能的好壞決定了 池的衝擊破壞也較小。 PWM整流器的性能。優質的電力電子器件必 須具有如下特點：(1)能夠控制通斷，確保在必缺點：電流控制精度低。充電電流的大小的感 要時可靠導通或截止；（2）能夠承受一定的電知是通過電流採樣電阻來實現的，採樣電阻上壓和電流，阻斷狀態時能承受一定電壓，導通的壓降傳到單片機的ADC輸入埠，單片機讀時勻許通過一定的電流；（3）具有較高的開關取本埠的電壓就可以知道充電電流的大小。若 頻率，在開關狀態轉換時具有足夠短的導通時絕緣柵雙極電晶體(IGBT)和電力場效應管間和關斷時間，並能承受高的di/dt和dv/dt。（Power MOSFET）所取代。 目前在PWM整流器中得到廣泛應用的電力電 子器件主要有如下幾種： 電力場效應管（Power MOSFET）是用柵極電門極可關斷晶閘管(GTO)是最早的大功率自關壓來控制漏極電流的，屬於電壓控制型器件， 斷器件，是目前承受電壓最高和流過電流最大因此它的第一個顯著特點是驅動電路簡單，需 的全控型器件。它能由門極控制導通和關斷，要的驅動功率小。其第二個顯著特點是開關速 具有通過電流大、管壓降低、導通損耗小， 度快，工作頻率高。另外Power MOSFET的熱dv/dt耐量高等優點，目前已達6KV/6KA的應穩定性優於GTR。但是Power MOSFET電流容用水準，在大功率的場合應用較多。但是GTO量小，耐壓低，一般只適用於功率不超過10kW的缺點也很明顯，驅動電路複雜並且驅動功率的場合。 大，導致關斷時間長，限制了器件的開關頻 率；關斷過程中的集膚效應容易導致局部過絕緣柵雙極電晶體(IGBT)是後起之秀，將熱，嚴重情況下使器件失效；為了限制dv/dt，MOSFET和GTR的優點於一身，既具有 需要複雜的緩衝電路，這些都限制了 GTO在MOSFET的輸入阻抗高、開關速度快的優點， 各個領域的應用，現在GTO主要應用在中、又具有GTR耐壓高、流過電流大的優點，是 大功率場合。 目前中等功率電力電子裝置中的主流器件。目 前的應用水準已經達到3.3KV/1.2KA。柵極為電力場效應管又稱為巨型電晶體，是一種耐高電壓驅動，所需驅動功率小，開關損耗小、工 壓、大電流的雙極結型電晶體，該器件與GTO作頻率高，不需緩衝電路，適用於較高頻率的 一樣都是電流控制型器件，因而所需驅動功率場合。其主要缺點是高壓IGBT內阻大，通態較大，但其開關頻率要高於GTO，因而自20壓降大，導致導通損耗大；在應用於高(中）世紀80年代以來，主要應用於中小功率的變壓領域時，通常需要多個串聯。 頻器或UPS電源等場合。目前其地位大多被 圖二 此為箝位電路將最高與最低電壓箝制在+15V與-5V 圖 三 為Push Pull與開關電路 圖 四 為六開關SCH電路圖 圖 五 為控制方塊圖 本次作業的題目是TLP驅動電路，可用來作為求，其使用範圍將當廣泛，使我們了解到如何開關使用，其中使用了Pulse-Width 使用實際的電路做為控制。 Modulatio(PWM)脈波寬度調變理論，經由電路 控制脈波寬度的大小，以調整所需之導通時間 與低電壓時間，進而驅動受控物所需動作要