高压大功率小信号放大电路.docx

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高压大功率小信号放大电路

高压大功率小信号放大电路

摘要

简要分析了UC3637双PWM控制器和IR2110的特点，工作原理。

由UC3637和IR2110共同构建一种高压大功率小信号放大电路，并通过实验验证了其可行性；

现有的很多小信号放大电路都是由晶体管或MOS管的放大电路构成，其功率有限，不能把电路的功率做得很大。

随着现代逆变技术的逐步成熟，尤其是SPWM逆变技术，使信号波形能够很好地在输出端重现，并且可以做到高电压，大电流，大功率。

SPWM技术的实现方法有两种，一种是采用模拟集成电路完成正弦调制波与三角波载波的比较，产生SPWM信号；另一种是采用数字方法。

随着应用的深入和集成技术的发展，已商品化的专用集成电路（ASIC）和专用单片机（8X196/MC/MD/MH）以及DSP，可以使控制电路结构简化，集成度高。

由于数字芯片一般价格比较高，所以在此采用模拟集成电路。

主电路采用全桥逆变结构，SPWM波的产生采用UC3637双PWM控制芯片，并采用美国IR公司推出的高压浮动驱动集成模块IR2110，从而减小了装置的体积，降低了成本，提高了系统的可靠性。

经本电路放大后，信号可达3kV，并保持了良好的输出波形。

关键词

小信号放大器﹑双脉宽调制﹑悬浮驱动；

Smallsignalpressurehigh-poweramplifiercircuit

Abstract

ThebriefanalysisIR2110UC3637doublePWMcontrollerandthecharacteristics,workingprinciple.IR2110jointlybytheUC3637andconstructahigh-voltagepoweramplifiercircuit,smallsignalanditsfeasibilityisverifiedbyexperiments,AnumberofexistingsmallsignaltransistoramplifiercircuitisbytheMOStubeoramplifiercircuit,thepower,thepowercircuitcan'tdomuch.Withmoderninvertertechnologytomaturity,especiallySPWMinvertertechnology,thesignalwaveformcanverywellontheoutputsideagain,andcanachievehighvoltage,current,andpower.TherealizationofSPWMtwokinds,onekindistousetheanalogintegratedcircuitwithcompletesinewave,triangularcarriersignalgeneratedSPWM,Anotherkindistousedigitalmethod.Withtheapplicationofthedeepandintegratedtechnologydevelopment,hasbeencommercializedapplication-specificintegratedcircuit（SCM）andspecialASIC（8X196/MC/MD/MH）anddigitalsignalprocessor（DSP）,canmakethecontrolcircuitofsimplestructure,highintegration.Duetothehighpriceofgeneraldigitalchips,sointhesimulatedintegratedcircuits.Themaincircuitadoptsfullbridgestructure,SPWMinverteradoptswaveofPWMcontrolchipUC3637double,andadoptstheIRcompanyintegratedmodulesIR2110drivingvoltagefluctuation,thusreducethevolumeofdevicesandreducethecost,improvethereliabilityofsystem.Afterthiscircuit,signalcanbeamplifiedafter3kVreachandmaintainagoodoutputwaveform.

Keywords

Smallsignalamplifiers,doublepulsewidthmodulation,suspendeddriver,

目录

1﹑UC3637工作原理1

1.1﹑UC3637原理框图1

1.2﹑IR21101

2﹑放大电路原理及工作状态1

参考文献6

高压大功率小信号放大电路

1﹑UC3637工作原理

1.1﹑UC3637原理框图

UC3637的原理框图如图1所示。

其内部包含有一个三角波振荡器，误差放大器，两个PWM比较器，输出控制门，逐个脉冲限流比较器等。

不同于其它（如3524/5，TL494，3520…）双PWM控制器的是，2个PWM比较器的输入端全部引到片外，误差放大器的三个端（2个输入﹑1个输出）也是如此，这位灵活的设计电路带来极大的方便。

PWM控制芯片通常采用锯齿波振荡器。

但载波为锯齿波时，输出波形会有ωs±ω0．2ωs等谐波，而载波为三角波时则不存在这些谐波，并且时双沿调制，动态响应比单沿调制快。

UC3637最具特色的是三角波振荡器，三角波产生电路如图2所示。

UC3637电路特点如下：

——单电源或双电源工作，电压范围±2.5V～±20V，特别有利于双极性调制；

——双路PWM信号，图腾柱输出，供出或吸收电流能力100mA；

——逐个脉冲限流；

——内藏线性良好的恒幅三角波振荡器；

——欠压封锁；

——有温度补偿，2.5V阈值控制。

1.2﹑IR2110

IR2110采用HVIC和闩锁抗干扰CMOS制造工艺，DIP14脚封装。

具有独立的低端和高端输入通道；悬浮电源采用自举电路，其高端工作电压可达500V，dv/dt=±50V/ns，15V下静态功耗仅116mW；输出的电源端（脚3,即功率器件的栅极驱动电压）电压范围10～20V；逻辑电源电压范围（脚9）5～15V，可方便地与TTL，CMOS电平相匹配，而且逻辑电源地和功率地之间允许有±5V的偏移量；工作频率高，可达500kHz；开通、关断延迟小，分别为120ns和94ns；图腾柱输出峰值电流为2A。

2﹑放大电路原理及工作状态

UC3637的原理框图如图1所示。

图表1UC3637的原理框图

其内部包含有一个三角波振荡器，误差放大器，两个PWM比较器，输出控制门，逐个脉冲限流比较器等。

UC3637可单电源或双电源工作，工作电压范围±（2.5～20）V，特别有利于双极性调制；双路PWM信号，图腾柱输出，供出或吸收电流能力100mA；逐个脉冲限流；内藏线性良好的恒幅三角波振荡器；欠压封锁；有温度补偿；2.5V阈值控制。

UC3637最具特色的是三角波振荡器，三角波产生电路如图2所示。

三角波参数按式

（1）及式

（2）计算。

Is=[（+VTH）-（-Vs）]/RT　

（1）

f=Is/{2CT[（+VTH）-（-VTH）]}　

（2）

式中：

VTH为三角波峰值的转折（阈值）电压；Vs为电源电压；RT为定时电阻；CT为定时电容；Is为恒流充电电流；f为振荡频率。

C3637具有一个高速、带宽为1MHz、输出低阻抗的误差放大器，既可以作为一般的快速运放，亦可作为反馈补偿运放。

UC3637实现其主要功能的就是两个PWM比较器，实现电路如图3所示。

其他还有如欠压封锁，2.5V阈值控制等功能，这些功能在应用电路中也给予实现。

2　IR2110的结构与应用IR2110的内部功能框图如图4所示。

它由三个部分组成：

逻辑输入，电平平移及输出保护。

IR2110具有独立的低端和高端输入通道；悬浮电源采用自举电路，其高端工作电压可达600V，在15V下静态功耗仅116mW；输出的电源端（脚3Vcc，即功率器件的栅极驱动电压）电压范围10～20V；逻辑电源电压范围（脚9VDD）3.3～20V，可方便地与TTL或CMOS电平相匹配，而且逻辑电源地和功率地之间允许有±5V的偏移量；工作频率高，可达100kHz；开通、关断延迟小，分别为120ns和94ns；图腾柱输出峰值电流为2A。

下面分析高压侧悬浮驱动的自举原理。

IR2110用于驱动半桥的电路如图5所示。

图中C1及VD1分别为自举电容和二极管，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）。

当脚10（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栅极－发射极电容Cge1放电，Cge1被充电。

此时Vc1可等效为一个电压源。

当脚10（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，脚12（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。

IR2110的不足是保护功能不够及其自身不具有负偏压。

为此，给它外加了一个负偏压电路，具体见图6。

3　应用UC3637和IR2110构成控制驱动电路图6是IR2110构成的驱动电路。

由图6可见用两片IR2110可以驱动一个逆变全桥电路，它们可以共用同一个驱动电源而不须隔离，使驱动电路极其简化。

IR2110本身不能产生负偏压。

由驱动电路可见本电路在每个桥臂各加了负偏压电路，以左半部为例，其工作过程如下：

VDD上电后通过R1给C1充电，并在VW1的钳位下形成＋5.1V电压Vc1，当IR2110的脚1（LO）输出为高电平时，下管有（VDD－5.1）V的驱动电压，同时在下管关断时下管的栅源之间形成一个－5.1V的偏压；下管开通同时脚1（LO）输出高电平通过Rg2，R2开通MOSFET让C3进行充电;当IR2110的脚7（HO）输出为高电平时，由C3放电提供上管开通电流，同时给C2充电并由VW2钳位＋5.1V，下管关断时Vc2即形成负偏压。

为了只用IR2110的保护功能，把脚11（SD）端接地。

图7是用UC3637产生PWM波的电路。

由图7可知，这是一个开环小信号放大电路，因为，小信号的电压幅值相对三角波幅值过低，所以，小信号先经过UC3637本身的Error运算放大器进行放大，使其幅值约等于三角波的幅值。

本电路没有利用UC3637做死区，而是单独作了一个死区延时。

然后把放大的信号直接和三角波进行比较，分别在UC3637的脚4及脚7输出反相的SPWM波，经过死区延时电路、滤杂波电路、隔离电路送到IR2110驱动芯片。

参考文献

[1]一种新型高压大功率小信号放大电路刘小园；张永丽；康勇。

[2]UC3637双PWM控制器在逆变控制电路中的应用张成胜；吴胜华；向龙；吴保芳。

[3]基于TL494和IR2110的断路器操作电源的设计王玲玲；王毅。

[4]IR2110在电机驱动中的应用郝建强；张建。

[5]一种新型高压大功率小信号放大电路刘小园;张永丽;康勇。

谢辞

论文终于完成了，很高兴，这是第一次写论文，中间学到了很多东西！

论文前期的指导我有很多感触，尤其郑老师说得那些话对我作用很大，很感谢老师。

本来很担心老师会给定题目，那样就很难写了，但是郑老师要我们自己找题目，找些自己干兴趣的东西写，这就给我们很大的发挥空间。

虽然这是一次学年论文，但是老师的这种开放的教学风格给我们以后的发展给了一定的帮助，在此真心的感谢老师！

！

还有同学在期间的一些帮助也对我很重要。

他们帮着我找参考文献，帮我“出谋划策”，在论文格式上的指导等等都很感激。

在我他们的帮助下我完成了我的论文，虽然论文还有一些不足，但我想在我的努力和老师不辞劳苦的指导下我相信，我能写好这次论文。

我知道我这次的论文还有很多的错误和不足，希望老师能够给予指导和帮助。

宝鸡文理学院物理与信息技术系本科学年论文成绩评定表

指导教师评语：

学年论文成绩

指导教师签名

学年论文指导委员会审查意见

主任（签名）：

年月日