3.5 输出整流回路的设计
图(3-6)
输出整流滤波电路是通过快恢复整流二极管的整流和滤波电感及滤波电容将高频变压器输出的高频交变电压或电流变换成符合要求的输出电压或电流。高频变压器副边选用全桥式整流,以提高安全可靠性。下面对输出整流电路的各部分进行一下分析与计算。 3.5.1 输出整流回路的结构
图(3-7)
输出整流回路的结构如图(3-7)。 3.5.2 整流回路器件的选择 3.5.2.1 整流二极管的选择
因为输出整流二极管工作于高频状态(45 KHz),所以应选用快恢复二极管。 1.输出整流二极管的耐压。
高频变压器副边的输出最高电压峰值用公式(3-26)可求得:
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V2max=
公式(3-26)
V1maxN2 ?2N1
=110×(1+25%)×2×
8=44.44(V) 35N2为变压器的变比。取一倍的裕量Voutmax=88.88V。 N12. 输出整流二极管的电流
因为输出整流二极管工作于高频状态(45KHz), 所以应选用快恢二极管或肖特基二极管。输出整流二极管流出的电流为1A。根据以上的分析,同时考虑一定的裕量,选HER307快恢复二极管,二极管的耐压为800V,额定电流为3A。
3.5.2.2 滤波电感的选择
(1)滤波电感的计算。
电感选择应保证输出电流在额定电流的1/10时,电感电流也保持连续。流电流等于电感电流斜坡峰-峰值一半时对应临界连续,所以?I为20%的额定输出直流。滤波电感值可由公式(3-27)确定:
U0U01515L?(1-)=(1?)=113.75 (uH) 公式(3-27) 2f?IU2max2?45000?0.420.625实际取200uH
(2)滤波电感的制作。
选EE骨架用0.4mm的铜线绕12匝,用电感表测198 uH满足条件。 3.5.2.3滤波电容的选择
输出电容C的选择应满足最大输出纹波电压的要求,滤波电容的大小对输出直流电源的纹波大小有决定作用。知,输出纹波几乎完全由滤波电容的等效串联电阻Rc的大小来确定,而不是电容本身的大小决定。本设计最大纹波电压?Vo为20mV,出滤波电容的大小可由公式(3-28)求得:
U0minUominC?(1?) 2U2max8L(2f)?Vor公式(3-28)
1515(1?)= 220.6258?0.0002?(2?45000)?0.02=15.78uF
所选电容的耐压值为50V,使用一个2200uF/50V的电容。或选用值较小的几个电容并联,这样寄生电阻更小,滤波效果更好。
4. MOSFET驱动电路的设计
功率MOSFET是电压型驱动器件,没有少数载流子的存贮效应,输入阻抗高,因而开关速度可以很高,驱动功率小,电路简单。
4.1 MOSFET对驱动电路通常要求
(1)触发脉冲具有足够快的上升和下降速度; (2)开通时以低电阻为栅极电容充电,关断时为栅极提供低电阻放电回路,以提高功率MOSFET 的开关速度;
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(3)为了使功率MOSFET 可靠触发导通,触发脉冲电压应高于管子的开启电压,为了防止误导通,在其截止时应提供足够负的反向栅源电压;
(4)功率开关管开关时所需驱动电流为栅极电容的充放电电流,功率管极间电容越大,所需电流越大,即带负载能力越大。
4.2半桥驱动芯片IR2110及其工作过程
4.2.1 IR2110内部框图(4-1)及封装图(4-2)
1IR2110内部框图图(4-1)
IR2110封装图如图(4-2)
4.2.2 IR2110内部结构和特点
IR2110内部框图由三个部分组成:逻辑输入,电平平移及输出保护。
(1)具有独立的低端和高端输入通道。
(2)悬浮电源采用自举电路,其高端工作电压可达500V。 (3)输出的电源端(脚3)的电压范围为10—20V。
(4)逻辑电源的输入范围(脚9)5—15V,可方便的与TTL,CMOS电平相匹配, 而且逻辑电源地和功率电源地之间允许有 V的便移量。 (5)工作频率高,可达500KHz。
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(6)开通、关断延迟小,分别为120ns和94ns。 (7)图腾柱输出峰值电流2A。
4.2.3 IR2110半桥驱动电路原理如图(4-3)
+15GND0.1uF14脚11脚C9891011121314 COMGND NCH0VDDVBHINVSSDNCLINVCCVSSCOMNCL0IR21107654321L0H01uFC8HER307VD1C70.1uFVS 半桥驱动电路原理图(4-3)
(a)
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(b)
半桥驱动电路分析图(4-3)
IR2110用于驱动半桥的电路如图(4-3)所示。图(4-3)(a)(b)为IR2110
的两种工作状态。图中C1、VD1分别为自举电容和快恢复二极管,C2为VCC的滤波电容。假定在S1关断期间C1已充到足够的电压(VC1≈VCC)。当HIN为高电平时VM1开通,VM2关断,VC1加到S1的门极和发射极之间,C1通过VM1,Rg1和S1门极栅极电容Cgc1放电,Cgc1被充电。此时VC1可等效为一个电压源。当HIN为低电平时,VM2开通,VM1断开,S1栅电荷经Rg1、VM2迅速释放,S1关断。经短暂的死区时间(td)之后,LIN为高电平,S2开通,VCC经VD1,S2给C1充电,迅速为C1补充能量。如此循环反复。
4.3半桥驱动电路器件参数选择
4.3.1自举电容的选取
MOSFET开通时,需要在极短的时间内向门极提供足够的栅电荷。假定在器件开通后,自举电容两端电压比器件充分导通所需要的电压(10V,高压侧锁定电压为8.7/8.3V)要高;再假定在自举电容充电路径上有1.5V的压降(包括VD1的正向压降);最后假定有1/2的栅电压(栅极门槛电压VTH通常3~5V)因泄漏电流引起电压降。综合上述条件,此时对应的自举电容可用下式表示。
工程应用可由公式(4-1)求得:
C1?2Q75?2==17.6 nF 公式(4-1)
Vcc?10?1.515?10?1.517