第5章 驱动电路的设计
5.1 驱动芯片选取
现在市面上有多种具有驱动IGBT电压型功率器件的集成驱动模块，它们有多种保护功能、电路参数一致性好、隔离驱动、运行稳定可靠等优点。但其价格较高，而且只能驱动单个功率管。所以本设计采用的是IR公司生产的大功率IGBT专用的桥式电路驱动集成芯片IR2110。IR2110是双通道高压、高速电压型功率开关器件栅极驱动器，有自举浮动电源。它具有驱动电路简单，只需一路电源即能同时驱动上、下桥臂等优点。
IR2110的内部框图如图5.1所示。
图5.1 IR2110的内部框图
IR2110的内部功能是由三个部分组成：逻辑输入;电平平移和输出保护。所以采用IR2110可以为设计带来诸多的方便。
IR2110各引脚功能为：LO引脚:低端输出；COM引脚:公共端；Vcc引脚:低端固定电源电压；Nc引脚: 空端；Vs引脚:高端浮置电源偏移电压；VB引脚:高端浮置电源电压；HO引脚:高端输出；Nc引脚: 空端；VDD引脚:逻辑电源电压；HIN引脚: 逻辑高端输入；SD引脚:关断；LIN引脚:逻辑低端输入；Vss引脚:逻辑电路地电位端，其值可以为0V；Nc引脚:空端。
5.2 驱动电路的设计
单片机89C52控制SA8281输出SPWM调制信号，然后SPWM调制信号经驱动电路驱动功率开关管IGBT。其中一相的驱动电路如图5.2所示。
图5.2 驱动电路原理图
驱动电路的工作原理如下：在Q2管导通期间，将引脚VS的电位下拉到地，则引脚VB和引脚VS之间的电容Cbs为自举电容，VCC通过自举二极管Dbs和自举电阻Rbs给自举电容Cbs27
充电，通过自举电容Cbs在引脚VB和引脚VS之间形成一个悬浮电源，通过这个电源给上桥臂主开关器件Q1供电。
当负载阻抗较大，导致Cbs经负载降压充电较慢，使得Q2关断、Q1开通时，Cbs上的电压经充电后仍不能达到自举电压8.3V以上，输出驱动信号会因欠压被片内逻辑封锁，Q1就不能正常工作。为了保证在Q1管关闭、Q2管开通时，Q2管的栅极能通过自举电容Cbs上的储能来驱动，从而实现自举式驱动。为此，要么选用小容量电容，以提高充电的电压量；要么为Cbs提供较快的充电通路；要么取掉Dbs，直接给引脚VB、VS加另一个10~20V隔离电源。
在每一个周期，当Q1开关一次，Cbs就通过Q2开关充电一次，因此自举电容Cbs的充电还与输入信号HIN、LIN的PWM脉冲频率和脉冲宽度有关。当PWM工作频率过低时，若Q1导通脉宽较窄,自举电压8.3V容易满足；反之则无法实现自举。因此,要合理设置PWM开关频率和占空比调节范围，Cbs的容量选择有考虑如下几点：
1）PWM开关频率高则选择容量较小的Cbs；
2）尽量使自举上电回路不经大阻抗负载，否则需为Cbs充电提供快速充电通路； 3）对于占空比调节较大的场合，特别是在高占空比时，由于Q2开通时间较短，所以Cbs应选小，否则在有限时间内是无法达到自举电压。
Cbs的选择应综合考虑PWM脉冲变化的各种情况，监测H0、VS脚波形是进行调试最好的
方法。在本设计三相电压型PWM整流电路中，采用三片IR2110是中小型功率变换的理想选择,驱动电源仅用一路典型的15V电源。由于三相VSR在每个周期里总有一个上下管导通,故上管自举电容容易充电,三个上管自举电路可有序工作。
5.3 驱动电源
本设计中采用的单片机89C52和SA8281的工作电压为5V,IR2110所需的工作电压为15V。为了使电路正常稳定的工作，所以需要设计一个电压稳定的驱动电源。为了获得电压稳定的输出电压，所以采用单相桥式整流电路来获得该电压。单相桥式整流电路如图5.3所示。
图5.3 单相桥式整流电路
电源变压器将交流电网处的220V正弦电压转换成15V正弦电压，然后通过单相桥式整流电路将交流电压转换成脉动的直流电压。接着通过滤波电路将此脉动直流电压转换成稳定的直流电压。由于电网电压值不是恒定值，以及温度的变化等因素都会影响输出电压的稳定，所以在电路的最后接上一个15V稳压二极管，这样就得到了15V的直流驱动电压。对于单片机89C52和SA8281的工作电压为5V，则通过电阻R1和R2分压得到。从而可以得到V1为15V,V2为5V，稳定的驱动电压保证了驱动电路和控制电路的正常工作。
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第6章 软件程序结构图设计
主程序流程图如图6.1所示：
图6.1 主程序流程图
交流侧过流保护的流程图如图6.2所示：
图6.2 交流侧过电流保护
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IGBT过电流保护的流程图如图6.3所示：
图6.3 IGBT过电流保护流程图
A/D转换的流程图如图6.4所示：
图6.4 A/D转换流程图
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第7章 ORCAD仿真
通过上面几章对主电路和控制电路的设计，本章用ORCAD10.5电路仿真软件，对PWM整流装置的主电路进行相关仿真。用ORCAD软件画主电路图，如图7.1所示。并设置相应元器件的参数。
图7.1中V11、V12和V13用来产生三相正弦调制波，其电压幅值为8V，频率为50Hz，各相相位相差120度。V5产生三角载波，其幅值为10V，频率为10kHz，设置参数PER=1ms，TD=0us，TF=4995us，TR=499.5us，V1=-10V,V2=10V。V6、V7和V8是用来产生输入三相正弦波，其有效值为220V,幅值为311V，频率为50Hz，相位差120度。电阻R1取60欧。电感L1、L2和L3取10mH。电容C1取0.042F。
图7.1 仿真电路图
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