igbt驅動電路范文第1篇
摘 要：針對現有汽車遠光燈需要司機通過自身對路況的判斷來完成手動操作，從而可能造成行車時因違規使用車燈而發生交通事故的問題，完成了基于不同路況和周圍環境自動調節遠光燈照射方式的矩陣式LED遠光燈智能輔助控制系統的設計與實現。首先，根據車輛行駛特點及相關交通法規，針對不同的車前路況，提出矩陣式LED遠光燈輔助系統的智能控制策略;然后，對系統的軟硬件進行設計與實現，硬件部分主要包括主控制器模塊、LED電源驅動模塊以及矩陣開關控制模塊的選型與電路設計，軟件部分主要包括驅動電路控制、矩陣開關控制以及智能控制策略等功能模塊;最后，在實驗室環境下通過搭建完整的實驗系統進行了功能測試。實驗測試結果表明，所提方法控制結果準確、實時性好、可靠性高、易于實現，達到了預期目標。
關鍵詞：矩陣式LED;遠光燈輔助控制;智能控制策略;LED電源驅動;矩陣開關控制
文獻標志碼：A
Key words： matrix LED; high-beam assistant control; intelligent control strategy; LED power driver; matrix switch control
0 引言
隨著汽車保有量的不斷增長，人們對于汽車安全的重視程度日益提高。據統計，在車輛夜間行駛中，LED遠光燈的不當使用是造成事故發生的一大原因[1-2]。這主要是由于現有的汽車遠光燈開關操作均由司機通過自身對于路況的判斷來手動完成，其操作準確性很大程度上依賴于司機的注意力和經驗，同時遠光燈的濫用也會造成車外人員產生“炫目”從而引起嚴重事故。若汽車在行駛過程中能夠通過其自身的判斷主動進行LED遠光燈控制，將會大幅提升汽車的主動安全性[3-4]。近年來日漸出現的基于矩陣光柱技術的矩陣式LED遠光燈從本質上可提高汽車的主動安全性。該類遠光燈由一定數量的光段組成，每個光段都由控制系統進行獨立開通或關斷控制。在這些光段的照射范圍內，不同的車前位置被分為不同的區;在遠光燈射程內，當車前目標進入遠光燈的可控區域時，相應光段會自動關閉，其余光段仍保持開通，從而實現LED遠光燈的自動控制[5-6]。
然而，矩陣式LED遠光燈自動控制技術目前只在部分國外高端進口車型如奧迪A8高配[7-8]及奔馳CLS[9]等中有所應用，相關技術對我國仍處于未公開階段，但其廣闊的應用前景卻引起我國相關車企及汽車備件生產廠商的廣泛關注。近年來國內相關企業和機構相繼開展自主研發，取得了初步成果，如：以飛思卡爾S9S08DZ60F2MLF為主控制器的矩陣式LED汽車前照燈電路的設計方法[10];由多個LED矩陣管理器構成矩陣管理單元以增加LED數量最多可達96顆[11];以TPS92661為LED驅動器件的矩陣式LED燈的亮、滅控制以及對光源矩陣的故障檢測和管理方法[12]。上述方法主要完成了對LED矩陣燈亮、滅的自動控制，而如何根據不同路況和周圍環境實時調整LED相關控制策略并未涉及。
為此，本文根據矩陣式LED遠光燈的工作機理，結合現有汽車對遠光燈的常規控制原理與方法，完成了矩陣式LED遠光燈輔助控制系統的硬件、軟件以及智能型LED照射控制策略的設計與實現，以期為國產車輛車燈的改進提供應用參考，同時也對部分進口車輛車燈的國產化維保提供技術支持。
1 矩陣式LED遠光燈控制策略設計
1.1 遠光燈輔助控制系統總體設計思路
矩陣式LED遠光燈智能輔助控制系統實現的功能為：根據安全駕駛規范，判斷當前路況，針對會車、前方有車、避讓行人等情況，在保證安全的前提下，根據實時路況主動調節遠光燈的開關控制，同時最大限度使用遠光燈照明，從而提升汽車安全的主動性，改善駕駛舒適性?；诖?，所提系統的總體設計結構如圖1所示，主要由圖像采集和處理模塊（本設計不涉及）、系統硬件模塊、系統軟件模塊和矩陣式LED遠光燈控制策略組成。
1.2 輔助控制系統遠光燈控制策略總體流程
根據汽車遠光燈的實際應用可知，遠光燈的自動控制主要需實現高速公路、會車、前方有車或行人等不同情況下矩陣式LED的自動開通和關斷。為此，結合遠光燈使用的相關法規，所提系統所設計的矩陣式LED遠光燈控制策略總流程如圖2所示。下文將針對前方有車、前方有人、高速公路自動模式三種典型情況分別對遠光燈自動控制策略進行設計。
1.3 不同路況時遠光燈自動控制策略設計
1.3.1 光段及LED狀態變量定義
由于LED的電流強度（亮度）由驅動模塊進行控制，故遠光燈自動控制策略主要實現對LED光段和每個LED的亮滅控制。
為便于描述，假設控制對象為由50個LED組成的汽車前遠光燈，該遠光燈兩側對稱分布，即左右兩側各25個LED。根據矩陣光柱形成原理可知，該遠光燈的50個LED通過排列組合可形成25個獨立光段，每個光段里可包含多個LED，且每個LED也可屬于不同光段。若遠光燈LED排列方式如圖3所示，其中：數字1～50為每個LED的序號，則相應的25個光段分布示意如圖4所示，且每個光段與LED的對應關系如表1所示。由表1可見，所有光段中除13號光段外，其余每個光段均對應3個LED，且呈“V”字型排列;而第13號光段由于位于最中間，故其對應中間位置的4個LED，序號分別為23、25、26、29 。
為了直觀地描述每個LED光段的亮滅狀態與各個LED亮滅狀態間的關系，現分別定義三個變量：光段狀態變量Si（i=1，2，…，25），LED分狀態變量Lj，k（j=1，2，…，50;k=1，2），LED總狀態變量Lj（j=1，2，…，50），各個變量具體含義及相互間的邏輯關系如下：
2）由于每個LED可能存在于多個光段中，故分別在某個光段變量內定義相應的LED分狀態變量。Lj，k即表示第j號LED的第k個分狀態變量，一個LED最多包含在兩個光段內，故k的取值為1或2。例如第2號LED，同時包含在第1、2號光段內，則第2號LED在光段1中的分狀態變量為L2，1，在光段2中的分狀態變量為L2，2。當第i號光段為滅即Si=0，Si對應的所有LED分狀態變量均為0;當第i號光段為亮即Si=1，Si對應的所有LED分狀態變量均為1。
3）LED總狀態變量取決于對應分狀態變量，與實際LED的開關狀態對應。當第j號LED的所有分狀態變量全為0時，其LED總狀態變量為0，該LED為滅;否則其LED總狀態變量為1，LED為亮。第j號LED的總狀態變量Lj與分狀態變量Lj，k的關系如式（1）所示：
基于上述各個變量的定義及每個LED光段的亮滅狀態與各個LED亮滅狀態間的關系，下面對不同路況下的矩陣式LED遠光燈自動控制策略進行設計。
1.3.2 前方有車
眾所周知，會車時司機一般會關閉遠光燈來防止對方司機產生“炫目”，但若將其全部關閉則會使遠光燈無法得到最佳使用。為此，若在前方有車時（包括超車、會車等情況）欲合理地使用遠光燈，可關閉前方車輛所處位置的光段，保持其他光段處于打開狀態。這樣既能防止其他車輛炫目，又能保證駕駛者視野清晰，減輕夜間行駛的心理壓力和惶恐感，從而提高夜間行車的安全性，如圖5～6所示。
為此，相應的矩陣式LED遠光燈自動控制策略設計步驟如下：
1）車前車輛識別。在車輛行駛過程中，基于圖像采集和處理模塊實時識別前方車輛。
2）車前車輛定位。根據實時識別所獲取的數據對前方車輛進行定位，實時獲得前方車輛的位置信息，并基于此確定此刻前車所處位置對應的LED遠光燈光段號。
3）遠光燈控制。根據上述計算而得的LED光段號，分析全部LED的當前狀態，實現矩陣式LED遠光燈中每個LED的亮滅控制。
4）重復上述步驟1）～3），直至前車駛出遠光燈照射范圍。
下面通過實例就上述控制策略對矩陣式LED遠光燈的自動控制效果進行分析。
如圖7所示，假設在t1時刻前方車輛位于距離本車較遠的位置A處，首先通過圖像采集和處理模塊檢測并識別到該車所處位置后，經計算可得其對應LED遠光燈光段為第8～10號，為此應使該光段狀態變量內所有LED分狀態變量全為0，其余光段內的LED分狀態變量為1，即關閉第8～10號光段，最終可確定LED總狀態變量L16～L20=0，即關閉第16～20號LED。
假設在t2時刻，前方車輛位于距離本車較近的位置B處，如圖8所示。同樣經過圖像采集和處理后，計算分析可得該車對應LED遠光燈光段為第4～8號，即關閉第4～8號光段，最終可確定關閉第7、9、10～15、18號LED。
1.3.3 前方有行人
夜間光線較暗，司機視野窄，視線模糊，更不易看清路邊行人[13]，對矩陣式LED實現閃爍控制，可警示司機和行人，提升安全性。相應的自動控制策略設計步驟如下：
1）車前行人識別。在車輛行駛過程中，基于圖像采集和處理模塊實時識別前方行人。
2）車前行人定位。根據實時所獲取的數據對前方行人進行定位，實時獲得前方行人的位置信息，并基于此確定此刻行人所處位置所對應的LED遠光燈光段號。
3）遠光燈控制。根據上述計算而得的LED光段號，分析全部LED的當前狀態，對行人所處光段對應的LED實現閃爍控制，閃爍的周期為0.5s，即對應LED每秒鐘亮滅各2次，警示行人和司機。
4）重復上述步驟1）～3），直至行人離開遠光燈照射范圍。
如圖9所示，假設在行車過程中，圖像采集和處理模塊檢測并識別到前方行人出現在第21～24號光段內，經過計算分析，最終實現第41～45、46、49號LED的亮滅閃爍，閃爍周期0.5s，提醒行人和司機。
1.3.4 高速公路自動模式
相比行駛在一般道路，高速公路上車輛行駛的特點是車速快，車輛密度低，側向干擾少[14]，此時司機的視角會變窄，遠光燈的照射范圍也要隨之收窄一些，以便與高速公路的結構特點更匹配。
本模式下的矩陣式LED遠光燈自動控制策略設計思路為：高速公路模式下，當圖像采集和處理模塊識別到前方無車輛進入遠光燈照射范圍，關閉兩側的數個光段，其余光段亮起;當識別到前方有車輛進入遠光燈控制范圍內時，除了關閉兩側光段，其余光段的控制按1.3.2節和1.3.3節中所述的不同情況下的遠光燈自動控制策略進行控制。圖10為高速公路自動模式下遠光燈全亮時各個光段狀態與相應LED狀態間的對應關系。圖10（a）中，深色區域表示光段亮，白色區域表示光段滅;圖10（b）中，黑色圓圈代表LED亮，白色圓圈代表LED滅。
2 智能輔助控制系統設計
2.1 系統硬件設計
2.1.1 系統硬件總體設計
根據系統的功能需求，矩陣式LED遠光燈輔助控制系統硬件總體結構如圖11所示，主要包括主控制器（MicroController Unit， MCU）模塊、LED電源驅動模塊和矩陣開關控制模塊。
2.1.2 MCU控制模塊設計
本系統中MCU控制模塊與其他硬件模塊間的接口設計如圖12所示。其中，本模塊電路通過串行外設接口（Serial Peripheral Interface， SPI）總線與LED電源驅動模塊相連，通過I2C（Inter-Integrated Circuit）總線與矩陣開關控制模塊相連。
MCU控制模塊的硬件主要包括MCU接口電路、聯合測試工作組（Joint Test Action Group， JTAG）調試接口電路和工作電源轉換電路。具體設計時，綜合考慮MCU的運行速度、成本和系統外設等需求，選取Silicon公司的C8051F410器件為系統MCU。該器件內部自帶24MHz晶振，且具有UART、SPI、I2C總線接口，片上系統穩定可靠。同時，為提高系統控制的可靠性，設計中選用了DC/DC電源模塊HDW10-24S3V3，用以實現直流24V到3.3V的轉換及供電工作。
2.1.3 LED電源驅動模塊設計
在本設計中，擬驅動25個白光LED，故對驅動電源芯片的要求較高：輸入電壓范圍較大;LED負載串聯所導致的輸出電壓范圍較大;恒流驅動，輸出電流檢測基準小;可脈沖寬度調制（Pulse Width Modulation， PWM）調光[15-16];耐受汽車級溫度（-40℃～125℃）。綜合上述要求，本設計選用安森美公司的NCV78763作為遠光燈的驅動電源芯片。NCV78763是先進的智能電源鎮流器及雙通道LED驅動器，提供高能效的單芯片汽車照明方案，其內部DC-DC拓撲為Boost-Buck拓撲結構，具有兩個Buck電路，能夠驅動電壓達60V的兩串LED，每路最大能夠輸出1.6A的直流電流。內置電流模式電壓升壓控制器，能對輸入電流濾波。內置PWM調光功能，頻率可達4kHz，此外還提供PWM直接饋送選擇，用于從外部微控制器進行完整頻率及精度范圍的控制。
為此，本文中LED電源驅動電路的硬件設計主要包括NCV78763的Boost電路、Buck電路和SPI接口電路，電路設計原理圖如圖13所示。其中Boost、Buck電路在完成接口電路設計的基礎上還需根據設計需求對其外圍接口電路的各個參數進行計算和設計。
2.1.4 矩陣開關控制模塊設計
由于本設計中LED采用串聯連接方式來保證電流的一致性，為了實現單個LED的亮滅控制，本設計采用開關并聯在LED兩側的方式來實現單個LED的亮滅控制。開關打開，LED正常亮起;開關閉合，LED因被短路而熄滅。因此，矩陣開關控制模塊的設計思路是，根據接收到的MCU控制模塊的控制信號，對單個開關進行動作，通過將開關與LED進行并聯，直接控制并聯LED的亮滅?？紤]設計需求和開關芯片的經濟性，選擇凌力爾特公司的LT3965作為矩陣開關芯片。
LT3965芯片內有8個獨立的NMOS開關，每個開關可作用于1～4個LED，具有可編程的開路和短路故障報警，支持I2C傳輸，擁有4位可配置的I2C地址，一條I2C總線上最多可以接入16個LT3965芯片。輸入電壓范圍寬，可以為8～60V，與驅動電源芯片NCV78763支持的輸入電壓范圍基本匹配。本設計中共有25個LED，故選用4個LT3965芯片。
MCU接口連接圖如圖12 所示，矩陣開關控制電路與MCU通過2路I2C總線相連，分別為時鐘線SCL和數據傳輸線SDA。本設計中，4個LT3965芯片的SCL和SDA接口同時與MCU的SCL和SDA接口相連，MCU可以通過地址匹配準確控制不同LT3965，即控制每個LED開關，使得對應LED完成亮滅動作。矩陣開關控制電路示意圖如圖14所示。
2.2 系統軟件設計
2.2.1 系統軟件總體設計
MCU系統控制軟件設計包含三部分：1）與圖像采集和處理模塊的通信軟件設計（本文不涉及）;2）LED電源驅動模塊控制軟件設計;3）矩陣開關模塊控制軟件設計。圖15為矩陣式LED遠光燈智能輔助控制系統的總體軟件設計架構。
如圖15所示，MCU系統控制軟件的功能是，接收圖像采集和處理模塊的目標檢測結果信號，再分別對LED電源驅動模塊和矩陣開關模塊進行控制，從而調節LED遠光燈的亮度和照射區域;對LED電源驅動模塊的控制過程包括判斷車前路況，計算LED驅動電路的各參數，計算NCV78763寄存器設置參數，從而通過SPI串口通信實現控制信號傳輸;對于矩陣開關模塊的控制過程包括判斷車前路況，計算所有LED狀態變量，計算LT3965寄存器設置參數，從而通過I2C串口通信實現控制信號傳輸。
2.2.2 LED電源驅動控制模塊軟件設計
驅動控制即根據當前的路況信息來設置驅動電源芯片NCV78763，若當前進入夜間照明狀況較差的道路，且遠光燈自動控制模式打開，即可按照遠光燈自動控制下的驅動要求對驅動模塊進行設置。設置方式為通過SPI通信接口來設置NCV78763相關的寄存器，相應的對 NCV78763的控制軟件流程如圖16所示。
由圖16可知，MCU經過SPI初始化后，開啟全局中斷，當接收到路況信息后，MCU計算LED驅動電路輸出情況是否需要更新。若需更新，則計算LED驅動電路在當前路況下所需的電流、電壓輸出值，并將其轉換成NCV78763芯片控制寄存器的參數設置值，再將此參數值通過SPI串口傳輸至NCV78763相應的寄存器中，傳輸結束后釋放SPI中斷。
本控制軟件主要設計函數有：
1）char ModeDetect （void）。主要用于當MCU根據接收到的路況信息來判斷電路是否需要更新驅動電路輸出。
2）void LEDDRIVERcalculate （void）。主要用于驅動電路輸出需要改變時，根據檢測到的道路情況，計算LED驅動電路參數。
3）void NCVREGISTERcalculate （void）。主要用于計算NCV78763相關寄存器的參數值。
4）void SPISendReceive （void） interrupt 1。定時中斷函數，主要用于MCU與NCV78763的SPI傳輸。
2.2.3 矩陣開關控制模塊軟件設計
矩陣開關控制軟件的功能為根據圖像目標檢測信息來控制開關芯片狀態，從而實現LED遠光燈的亮滅控制。MCU從圖像采集和處理模塊接收25個光段的狀態，分析計算該信息，確定25個光段內50個LED的開關狀態，再通過I2C通信將控制信號發送給開關芯片LT3965，從而控制每個LED的亮滅。圖17為矩陣開關控制軟件流程。
3 實驗系統搭建與調試分析
3.1 實驗系統搭建
在實驗室環境下搭建的實驗系統硬件實物如圖18所示，主要包括：輸入直流電源（1）、MCU控制和LED驅動電路板（2）、LED開關控制電路板（3）、LED矩陣（4）及上位PC（5）。
3.2 結果分析
實驗測試系統搭建完成后，在實驗室環境下，對不同路況下矩陣式LED遠光燈的控制策略進行實驗測試。
4 結語
本文針對矩陣式LED遠光燈輔助控制系統完成了相應的設計，在實驗室環境下實現功能測試與驗證。與現有相關方法相比，本文所提方法的優越性主要體現為：1）提出了基于不同車前路況和周圍環境的自適應矩陣式LED遠光燈智能控制策略。2）在確保實現LED智能照射控制的前提下，簡化并優化了系統軟硬件設計：硬件方面的核心器件如MCU、LED電源驅動模塊分別選用了集成度高、主頻速度快、功能強大、外圍接口資源豐富的新型器件，性價比高，電路實現簡單，易于擴展;軟件設計更加關注控制結果的準確性、實時性與可靠性。3）從實驗室測試結果可知，該方法易于實現，復雜度尚可，具有良好的工程應用前景。然而，在實際工業應用場合，如何在各種復雜、不同車前路況下保證系統穩定檢測車前運動目標的前提下進一步協調優化系統控制的響應速度與靈敏度還需開展進一步的研究。
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igbt驅動電路范文第2篇
【摘 要】探討三電平逆變器IGBT驅動保護電路設計的可靠性，本文分析了三電平逆變器的IGBT驅動以及其保護電路，并且分析了設計該電路時應該注意的問題，研究了本驅動電路的可靠性。
【關鍵詞】三電平逆變器；IGBT；驅動保護
三電平逆變器具有很大的優越性主要體現在其較低的耐壓要求方面，使用該逆變器主元件可以具有原先一半的耐壓性能，并且輸出的機械波具有良好的波形。本設計使用的逆變器有IGBT元件12個，有相同數量個驅動，另外和二極管共同構成了中性點的鉗位電路。本設計需要一種可靠、有效的實用型IGBT驅動保護電路，以確保電路的性能良好。
1．IGBT的使用條件
根據不同的功能要求，可以選取不同的驅動電路，在有些重要的大電流或者是昂貴的電子設備中，我們可以選取專門的IGBT驅動及保護芯片，可靠性 很高，但是在一些低成本，如家用電器中，這些驅動模塊就不太實用了。IGBT是逆變器中控制功率開和關的元件，具有非常重要的地位?？梢哉f全部系統的性能都由其掌控，因此驅動電路必須要有最佳的設計方案，否則整個系統就難以達到預想的性能。一般驅動電路應滿足以下條件：
1）IGBT需要有一定的正反向柵極電壓，并且需要足夠高的正向電壓值這樣才能使器件的通態損耗量降到最低，不過電壓不可太高，通常要求柵極電壓＜+20v。IGBT被關閉之后仍然要保持反向的柵極電壓-5- -15v,這樣做的目的是讓關斷時間減到最短，讓存儲在器件內的電荷在最短時間內抽出，最終可以增加IGBT耐壓性能。
2）電路要對信號的輸出和輸入設備有隔離的作用，另外信號在傳輸的過程中必須要通達盡量不要存在延時的情況。
3)柵極電路的坡度一定要受到限制，這就用到了電阻，在回路中串聯一個電阻就達到了這樣的效果。在做好坡度的控制之后才能夠使控制器的損耗得到較好的控制。柵極電阻↑→柵極電壓坡度↑→IGBT開關過程時長↑→開關損耗↑。柵極電阻取值范圍為幾Ω-幾十Ω，影響其取值的因素是IGBT開關的頻率和額定電壓等。在使用IGBT的場合，當柵極回路不正?；驏艠O回路損壞時(柵極處于開路狀態)，若在主回路上加上電壓，則IGBT就會損壞，為防止此類故障，應在柵極與發射極之間串接一只10KΩ左右的電阻。
4）電路在短路時的保護功能必須要強大，也就是說要擁有完備的過壓保護作用。盡量不要用手觸摸驅動端子部分，當必須要觸摸模塊端子時，要先將人體或衣服上的靜電用大電阻接地進行放電后，再觸摸；在用導電材料連接模塊驅動端子時，在配線未接好之前請先不要接上模塊；盡量在底板良好接地的情況下操作。在應用中有時雖然保證了柵極驅動電壓沒有超過柵極最大額定電壓，但柵極連線的寄生電感和柵極與集電極間的電容耦合，也會產生使氧化層損壞的振蕩電壓。為此，通常采用雙絞線來傳送驅動信號，以減少寄生電感。在柵極連線中串聯小電阻也可以抑制振蕩電壓。
2．IGBT驅動電路的實現
驅動電路包括的組成部分為兩方面，分別是驅動和載波部分。載波電路部分的組成有晶振、脈沖變壓器等。該部分的工作原理是脈沖變壓器一方面調制驅動信號另一方面需要通過高頻信號來進行能量的傳遞。多諧振蕩器組成成分是晶振和或非門，該振蕩器能夠產生高頻的載波信號。
2.1驅動電路類別
可以歸納概括驅動電路為以下類型：
1）直接驅動：為了達到最佳的IGBT性能在TTL直接驅動IGBT的電路中可以設置T2、T3兩個環節進行電路的緩沖，這樣一來就能讓開關運轉的時間降低。電容在直接驅動電路中很好進行充電。
2）隔離驅動
隔離驅動采用的是電氣隔離，工作原理是脈沖電壓器接受經過晶體管放大的控制脈沖并且將其耦合、穩壓之后使IGBT驅動。避免晶體管中出現過電壓的方法是將續流二極管和脈沖變壓器并接在一起。
2.2保護電路
過壓保護發揮作用的情況有兩種，分別是發射極和集電極之間存在過高的電壓，另一種情況是浪涌電壓太高。前者的主要情況是指存在輸入端的異常導致的問題。對于這種情況的處理方法一般是設計IGBT的降額。當發現直流過壓情況時將IGBT的輸入斷開，達到安全起見的目的。分布電感是產生浪涌電壓保護的原因。IGBT在關斷之時安全性因為過大的浪涌電壓而受到嚴重威脅。一般為了降低過電壓需要設置一個緩沖電路，具體要求是要最大程度地使布線電感得到降低，用最短引線的低感吸收電容與IGBT相連接。在系統工作量較大的時候就會產生過多的熱量，這時IGBT中的電流量也很大，開關頻繁，如果不能及時將產生的熱量散發出去就會導致IGBT受到損壞。為了避免IGBT的溫度過高一般要安裝一個傳感器來控制溫度，當溫度超過限定值時就要將IGBT的輸入切斷，達到系統電路過熱時的保護目的。
3.電路的參數設置以及設計要點
從理論的角度來看載波信號需要高頻率，頻率高的情況下能夠選擇更小的變壓器。但是除了考慮頻率和變壓器之外還要將響應速度考慮在內，所以綜合考慮的結果就是頻率最好不要過高，一般要＜2MHz。電路的功耗要盡可能地降低，這體現在設計中就是利用了CMOS的集成電路，不過在對其進行調試的過程中發現應用該集成電路的缺點是導致了較大的噪聲，因此引發的后果是變壓器的溫度過高，在衡量了功耗和變壓器兩個方面的利弊之后最終設計中采用的是TTL 74LS74。在高載波頻率的前提之下我們可以減小脈沖變壓器的體積。
4.結語
要保證IGBT具有較高的可靠性就必須要進行驅動電路的合理設計，除了設計之外還要采取足夠的保護措施。通過試驗證明三電平逆變器中IGBT驅動保護電路設計簡單而且具有較強的可靠性，在信號的輸入和輸出過程中產生的信號延時比較小。IGBT電路保護具有多種功能，其中主要包括對短路信號的檢測和使柵極電壓緩慢延時降低。三電平逆變器電壓具有的一個顯著優點是使輔助電源的問題得到了解決，三電平逆變器中IGBT驅動保護電路設計目前應用廣泛、運行良好。
參考文獻
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igbt驅動電路范文第3篇
正弦脈寬調制和變頻調速技術在工業控制領域的應用日見廣泛。許多電力測試儀器都要求大功率、高性能以滿足電力設備的測試要求。目前，市場上的大功率開關電源，其核心功率器件大都采用MOSFET半導體場效應晶體管和雙極型功率晶體管，它們都不能滿足小型、高頻、高效率的要求。MOSFET場效應晶體管具有開關速度快和電壓型控制的特點，但其通態電阻大，難以滿足高壓大電流的要求;雙極型功率晶體管雖然能滿足高耐壓大電流的要求，但沒有快速的開關速度，屬電流控制型器件，需要較大的功率驅動。絕緣柵雙極型功率晶體IGBT集MOSFET場效應晶體管和雙極型功率晶體管于一體，具有電壓型控制、輸入阻抗大、驅動功率小、開關速度快、工作頻率高、容量大等優點。用高性能的絕緣柵雙極型功率晶體IGBT作開關逆變元件、采用變頻調幅技術研制的逆變電源，具有效率高、性能可靠、體積小等優點。
2 工作原理
該電源采用高頻逆變技術、數字信號發生器、正弦脈寬調制和變頻調幅、時序控制上電和串聯諧振式輸出。電源具有效率高、輸出功率大、體積小等優點，其總體原理框圖如圖1所示。
由數字信號發生器產生的正弦波被25kHz的三角調制波調制，得到一個正弦脈寬調制波，經驅動電路驅動逆變元件IGBT。改變正弦波的頻率，幅值便可達到調頻調幅輸出，逆變輸出為串聯諧振式輸出，將高頻載波信號濾掉，從而得到所需頻率的正弦信號。時序控制電路用來控制功率源供電電源在上電時緩慢上電，確保電源上電時電流平穩，同時還避免非過零點開關帶來的沖擊;在控制電路中還設計了故障鎖定功能，一旦電源故障，鎖定功能將禁止開通IGBT，當故障出現時，IGBT被鎖點開通，這時大容量濾波電容會儲存很高的電能。所以，電源部分有故障保護自動切斷工作電源和自動放電功能，整機設計有雙重過流、過壓和過熱等完善的保護功能。
3 控制與驅動電路
控制電路指主控電路，包括正弦脈寬調制波的產生，占空比調節和故障鎖定電路?？刂齐娐返恼艺{制波，可根據實際應用情況調節其頻率。驅動電路則采用三菱公司生產的IGBT專用驅動模塊EXB840，該驅動模塊能驅動高達150A/600V和75A/1200V的IGBT，該模塊內部驅動電路使信號延遲≤1μs，所以適用于高達40kHz的開關操作。用此模塊要注意，IGBT柵射極回路接線必須小于1M，柵射極驅動接線應當用絞線。EXB840的驅動電路如圖2所示。
4 逆變與緩沖電路
該電源采用半橋結構串聯諧振逆變電路，主電路原理如圖3所示。在大功率IGBT諧振式逆變電路中，主電路的結構設計十分重要，由于電路中存在引線寄生電感，IGBT開關動作時在電感上激起的浪涌尖峰電壓Ldi/dt不可忽視，由于本電源采用的是半橋逆變電路，相對全橋電路來說，將產生比全橋電路更大的di/dt。正確設計過壓保護即緩沖電路，對IGBT的正常工作十分重要。如果緩沖電路設計不當，將造成緩沖電路損耗增大，會導致電路發熱嚴重，容易損壞元件，不利于長期工作。
過程是：當VT2開通時，隨著電流的上升，在線路雜散電感Lm的作用下，使得Uab下降到Vcc-Ldi/dt，此時前一工作周期以被充電到Vcc的緩沖電容C1，通過VT1的反并聯二極管VD
1、VT2和緩沖電阻R2放電。在緩沖電路中，流過反并聯二極管VD1的瞬時導通電流ID1為流過線路雜散電感電流IL和流過緩沖電容C1的電流IC之和。即ID1=IL+IC，因此IL和di/dt相對于無緩沖電路要小得多。當VT1關斷時，由于線路雜散電感Lm的作用，使Uce迅速上升，并大于母線電壓Vcc，這時緩沖二極管VD1正向偏置，Lm中的儲能(LmI2/2)向緩沖電路轉移，緩沖電路吸收了貯能，不會造成Uce的明顯上升。
5 緩沖元件的計算與選擇
式中：f—開關頻率;Rtr—開關電流上升時間;IO—最大開關電流;Ucep—瞬態電壓峰值。
在緩沖電路的元件選擇中，電容要選擇耐壓較高的電容，二極管最好選擇高性能的快恢復二極管，電阻要用無感電阻。
6 結束語
igbt驅動電路范文第4篇
LED照明技術相較之熒光燈、白熾燈, 具有許多優點, 例如照明亮度高、使用壽命長、高效、節約能源、環保等, 它的使用被人類稱為照明史上一場新革命。半導體照明光源將會在各個相關領域得到突破發展, 尤其是在戶外照明方面的使用將得到急劇的需求。
在LED系統中, 照明部件的驅動是核心的部件, 由于LED的照明器件是屬于電壓敏感器件, 需要使用恒流驅動, 不過現在市場上使用的驅動性能質量不一, 影響LED照明的品質和使用時間, 也就是說, 驅動的設計是排在首位的。
對于傳統的設計思路存在不少的缺陷, 如電阻限流、線性制及充控電泵升壓等技術能耗大效率低、功率因素小、電流波動大及抗干擾不強等, 不能滿足工作要求
在這次研究設計中采用先進的電路設計, 通過BUCK型電路結構, 不僅減少了成本, 而且還不需要高壓電容, 大大提高了設計成品的使用壽命。采用這設計的成品具有實現簡單、成本低、抗干擾能力強、節能響應快且功率因數高, 適應輸入電壓和負載變化范圍寬的場合等優點。
2 電路照明的基本原理
在LED驅動電路的系統設計中的選擇中一般可以分為兩種:其一為開關電源驅動, 其二是非開關電源驅動, 而在LED的特性上并根據實際情況可知道, 在實際的設計過程中LED的驅動的驅動電壓一般不能太高, 否則無法保護電路。在戶外使用過程中, 不可能時刻擁有觀察者進行開關電源, 非開關的電源驅動才是合理的發展方向。因此, 在設計驅動電路時利用具有三極管的導通性能的BUCK型電路。
3 基礎BUCK電路的組成
圖1是BUCK型電路的模擬電路, BUCK電路, 又稱降壓電路, 其基本特征是DC-DC轉換電路, 輸出電壓低于輸入電壓。輸入電流為脈動的, 輸出電流是連續的。該在電路中利用電感L和電容C組成底通濾波器, 在這個設計中的作用是可以讓電源直流量通過, 濾掉了電源的諧波量, 而在使用電容的情況使的電路的輸出電壓為Uo并加上微弱的波紋Uw。使電壓保存在低頻和直流狀態, 保護了驅動電路的有效性, LED的使用壽命。
4 基礎BUCK電路運算過程
4.1 晶體管導通狀態
當給予晶體管Q1高電平驅動時, Q1導通, 電感進行充能, 流過電感的電流呈現線性增長, 此時電路會給C1進行充電, 提供R1負載電能, 使得負載運轉。在電路導通時, 根據等效的導通狀態圖2, 由基爾霍夫電壓定律可以得到:
由于電路工作頻率很高, 在一個計時周期內Ud和Uo基本維持不變, 可以看作為恒定, 則 (Ud~Uo) 是常數, 電流隨時間的變化是線性的, 波形如圖所示:
4.2 晶體管截止狀態
當給予晶體管Q1低電平時, Q1截止, 被存儲在電感L1中的能量進行續流工作, 此時二極管導通。電感中的電流呈線性減少, 電路中的輸出電壓由電容C1和電感L1中放點維持。在電路截止關閉時, 根據截止狀態等效電路圖, 由基爾霍夫電壓定律有:
同樣, 在將u0近視并維持恒定, 則輸出電流線性度減小, 波形如圖所示:
5 微分跟蹤BUCK電路工作原理
微分跟蹤BUCK型電路如圖5所示, 在基礎的電平控制的基礎上, 增加一個有微分器、積分器、加法器等構成的網絡, 控制增益kb、增益ka的形成多條回路, 做到雙環控制的效果。如圖5所示, 三極管收到觸發器控制, 在三極管位于導通狀態時, 輸出電壓Uo經過信號采樣后得到一個大小為KbU0電壓信號, 再和附加信號Ur一同加載到誤差放大器中, 得到補償電壓, 在與輸入電壓所產生的電壓信號kaud送入加法器后積分。出來的結果大于已補償的電壓, 比較器中的反相輸出端將輸出高電平, 使得觸發器復位并保持該狀態。比較器中的同相端輸出端將輸出低電平, 使三極管斷開。比較器中的反相輸出端將輸出高電平, 積分器將置位清零, 在下一個周期性脈沖到來時, 三極管將再次導通重復之前的過程。
6 仿真結果
利用Multisim對buck型電路進行電路仿真, buck型電路的仿真圖如圖6, 在驅動波形的設置如圖7上, 采用V=10V, f=20KHz, D=50%, 輸入電壓V=14V, 電感選用L=80u H。開關驅動與電感電壓測試波形如圖8所示, 負載的輸出波形如圖9所示。
根據仿真軟件測量出的結果進行分析:仿真電路中采用的輸入電壓為14V, 采用型號為2SK3070L的MOS管, 本MOS管是一種可以高速運轉的MOS管, 在仿真中采用的20KHz的信號輸出完全可以驅動其運行。在MOS是完美狀態下, 理論輸出電壓2.8V, 當實際情況下, MOS管不存在完美狀態, 因此實際測量的輸出結果會小于理論值, 存在降壓狀態。但根據仿真觀察結果, 經過電路控制, 輸出電壓能穩定輸出, 同時電路的反應控制在50us以內。
7 結語
本文對電路驅動模式BUCK型非開關電源電路的工作進行了探討, 在基礎電路上采取增加控制網絡的新方法, 使得電路實現雙環控制。在雙環控制的情況下得到微分約束關系, 得到了低能耗、電路反應快、運行穩定的工作效果。
摘要：針對傳統平均電流控制系統中出現的控制結構復雜、成本高、失真大的現象, 本文在采取輔助電感緩沖和函數發生器雙環節制方法, 建立了基于BUCK型函數發生器微分跟蹤新型高效節制系統。最后提出了基于系統中微分約束關系, 來增加抗干擾能力、減少能耗、提高響應速度。
關鍵詞：驅動電路,LED照明,BUCK
參考文獻
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igbt驅動電路范文第5篇
1 舵機驅動電路
一般的舵機驅動電路工作過程是這樣的:將接收機輸出的幀時間為20ms的比例脈沖信號, 同1.5ms的標準信號相減, 得到正的或負的差值信號。再對差值信號進行線性展寬放大。然后經過電路放大, 驅動相應方向上的控制。調速就是通過對脈沖信號的占空比進行控制。占空比大, 相應獲得的電壓就大, 轉速就快;反之亦然。此種電路雖簡單, 卻存在以下不足:在調速過程中, 輸出脈沖電壓從零占空比線性地調到100%占空比, 脈沖周期為50Hz。由于舵機存在延時響應, 以及在實際電路中存在干擾, 太小的脈沖不能驅動電機, 通過實驗, 當占空比大于16%時, 菜驅動電機轉動。因此可以知道帶載情況下驅動電壓會更高。電機的轉速是受脈沖信號控制的。由于加在驅動管柵極的脈沖周期為20ms, 經過放大后, 功率已經足夠驅動電機了, 但是在低速運轉時, 脈沖占空比較小, 電機運轉不夠平穩。
因此, 通過以上分析, 當MCU產生PWM信號, 經場效應管放大, 在電機前串聯電感, 目的是為了去掉馬達啟動和停止時對電源的干擾, 啟動時需要的電流比較大, 所以會在啟動的一瞬間將電源電壓拉低, 因為電感有通底頻去高頻的效應, 所以可以減少馬達啟動瞬間拉低電源端的電壓變化, 從而可以保證其穩定工作。在電機兩端并聯電容, 起到續流的作用, 而且在一定程度上提高了電機平均電壓。電路圖如圖1所示。
2 軟件設計
由舵機工作原理可知要實現對舵機控制, 就是給它提供一個PWM信號。本系統采用Atmega48單片機定時器0實現周期為20msPWM信號。由PB1、PB2產生兩路PWM信號。在本設計中, Atmega48定時器0是一個可與分頻8位定時器, 運用于4MHz, 256分頻, 工作于普通模式, 采用溢出產生中斷。在中斷程序中重新賦予初值, 在中斷產生時進行計數, 并判斷是否輸出高電平。每次中算時間為500us, 周期20ms就是計數40次。 (如表1)
3 結語
利用微控制器Atmega48, 通過輸出PWM信號高電平, 利用軟件計數器在Atmega48單片機上產生兩路PWM信號, 同時驅動兩路電機的轉動, 通過控制高電平的占空比實現了電機轉速控制。經過測試, 實驗效果理想。在下一步將尋求更好調節算法, 更穩定的實現舵機控制。
摘要：本文主要通過介紹舵機工作原理, 并設計以Atmega48單片機為控制芯片舵機驅動電路的設計。在軟件設計方面主要以接收PWM信號, 經場效應管放大的方式來實現電機控制, 通過改變占空比方式進行電機調速。
關鍵詞：舵機,PWM,AVR,Atmega48
參考文獻
[1] 張軍.AVR單片機應用系統開發典型實例[M].北京:中國電力出版社, 2005.