一种高速高压半桥驱动电路的分析与设计

《一种高速高压半桥驱动电路的分析与设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、西北大学硕士学位论文能性好，且伴随着世界性的能源危机，使它的优点更加明显，电子镇流器的应用将带来多方面的效益提升。1．2．2电子镇流器的工作原理金卤灯或是HID灯等具有负阻特性不能直接加在电压源上，必须与镇流器串联才能稳定地工作，图1-1为国内外普遍研究的交流镇流器的基本结构。首先通过桥式整流电路将交流电转换成直流电。电子镇流器大多采用电解电容作为滤波器，将脉动的直流电压变成纹波较小的平滑直流电压。由于电子镇流器中存在整流，整流二极管只在极短的时间内导通，窄脉冲电流会造成网侧电流发生畸变，需要功率因数校正电路来提高电路的功率因数。其输出经过振荡电路和功

2、率放大电路，最终变成高频交流电去驱动荧光灯管发光。半桥驱动电路具有较高的可靠性，所以被镇流器广泛采用，它是系统的核心，也是系统的主要热源，对镇流器起着决定性作用[61。1．3半桥驱动芯片图1．1典型电子镇流器的基本结构性能良好的驱动电路能使电力电子器件开关时间缩短，开关功耗降低，实现过流过压保护，提高了器件的工作效率、可靠度与安全性【_71。目前，富士、三菱、惠普、摩托罗拉、瓜等公司已推出一系列具有很强驱动能力的芯片，如EMB841、M57959、1R2130S等。针对MOS栅极的高速高压自振荡半桥驱动集成电路，作为业界翘楚的瓜公司与摩托罗拉公司生产出

3、多款具有代表性的芯片，如MPIC2151、IR2151一IR2155、IR2103等，这些芯片克服了传统变压器半桥逆变电路存在的弊端，综合提升了电子镇流器的性能，具有很高的应用价值。3第一章绪论1．3．1半桥驱动电路简介驱动电路在马达、自动化控制、照明等多个领域发挥着非常重要的作用，它能够使产品的体积变小、可靠性提高、稳定度增强、效率提升。随着人们节能意识与环保意识的增强，出现了多种电子电力器件，使得驱动这些器件的功率集成电路大力发展，市场从1992年开始，年均增长20％，实现了真正的“弱电"控制“强电’’。对于电子镇流器领域来说，驱动方式主要包括H桥

4、驱动、半桥驱动与三相驱动。．由于MOSFET与IGBT具有开关速度快、导通电阻低等优点，因此被广泛使用于镇流器的逆变器中，为了使逆变器能正常的工作，设计一个高性能的驱动电路变得非常重要。目前，驱动MOSFET与IGBT的拓扑电路主要有两种，一种是桥式拓扑电路，这种电路驱动能力比较强，但是结构比较复杂，芯片面积占用比较大；另一种为半桥拓扑结构，由于它的外围器件少，驱动能力强，结构简单，电压应力小等优点，在驱动电路中得到广泛应用【s】。常见的几种半桥驱动电路为：l、非隔离的不对称半桥驱动电路；2、正激式不对称半桥隔离驱动电路；3、专用芯片驱动电路。非隔离的

5、不对称半桥驱动电路形式简单、可靠性高、成本低，适用于不要求隔离的小功率开关设备，但是它的驱动能力弱，而且没有隔离保护，器件容易遭到破坏，对于要求处于高压环境下中功率管或大功率管，这种驱动电路显然不能满足要求；正激式不对称半桥隔离驱动电路实现了隔离，并能输出较好的波形，但是这种电路结构复杂，需要双电源供电与较多的元器件，特别是需要隔离变压器，极大地占用了空间，增加了成本；专用芯片驱动电路所需外围器件比较少，占用空间比较小，是最常用到的一种驱动方式。+图l-2传统变压器驱动半桥逆变电路国产的电子镇流器几乎都采用传统变压器驱动半桥逆变电路，其电路如图1．2所

6、示，4西北大学硕士学位论文这种含耦合的高频振荡器，需要由电阻Rl、启动电容Cl和双向二极管D2等组成的触发电路启动，从而建立起振荡。接成推挽型式的两只功率晶体管Ql，Q2用作开关，也是振荡电路中的重要有源元件。脉冲变压器的初级绕组Ta与LC串联谐振式灯电路串接在一起，并靠环路中的灯电流驱动。变压器的两个匝数相同的次级绕组Tb和T。，分别产生相位相反的脉冲，从而驱动Ql，Q2交替饱和导通，在QI,Q2的中点(IIJQ2集电极)输出高频电压为灯供电。荧光灯是依靠电感器L和电容C3等组成的串联电路，发生谐振时在启动电容c3两端产生的高电压来引燃的。谐振频率主

7、要由L和C3的数值决定。这种用变压器驱动的半桥逆变电路各部分之间互相影响、互相牵制，频率稳定性差，开关特性欠佳，在生产中调试不便。随着微电子技术突飞猛进的发展，美国IR公司和摩托罗拉公司等半导体制造商推出高压高速自振荡驱动器IC及模块，用运了日益降价的、高性能的MOSFET器件，克服了传统变压器驱动半桥逆变电路存在的一些弊端，具有较高的应用价值【9】。摩托罗拉公司生产的MPIC2151是一款具有代表性的、高性能的驱动芯片，它采用双列直插式8脚DIP封装。此外，作为功率管理的领头羊，墩公司的产品随处可见，它不断推出并改进新的产品：2000年，它推出了IR

8、210X系列产品，集成了栅驱动器，使镇流器照明IC得到了一次改革。随后它又推出了IR2151、