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一種新型高壓大功率小信號(hào)放大電路
摘要：簡(jiǎn)要分析了UC3637雙PWM控制器和IR2110的特點(diǎn)，工作原理。由UC3637和IR2110共同構(gòu)建一種高壓大功率小信號(hào)放大電路，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了其可行性。引言
現(xiàn)有的很多小信號(hào)放大電路都是由晶體管或MOS管的放大電路構(gòu)成，其功率有限，不能把電路的功率做得很大。隨著現(xiàn)代逆變技術(shù)的逐步成熟，尤其是SPWM逆變技術(shù)，使信號(hào)波形能夠很好地在輸出端重現(xiàn)，并且可以做到高電壓，大電流，大功率。SPWM技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法有兩種，一種是采用模擬集成電路完成正弦調(diào)制波與三角波載波的比較，產(chǎn)生SPWM信號(hào)；另一種是采用數(shù)字方法。隨著應(yīng)用的深入和集成技術(shù)的發(fā)展，已商品化的專(zhuān)用集成電路（ASIC）和專(zhuān)用單片機(jī)（8X196/MC/MD/MH）以及DSP，可以使控制電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，集成度高。由于數(shù)字芯片一般價(jià)格比較高，所以在此采用模擬集成電路。主電路采用全橋逆變結(jié)構(gòu)，SPWM波的產(chǎn)生采用UC3637雙PWM控制芯片，并采用美國(guó)IR公司推出的高壓浮動(dòng)驅(qū)動(dòng)集成模塊IR2110，從而減小了裝置的體積，降低了成本，提高了系統(tǒng)的可靠性。經(jīng)本電路放大后，信號(hào)可達(dá)3kV，并保持了良好的輸出波形。
圖1
1 UC3637的原理與基本功能
UC3637的原理框圖如圖1所示。其內(nèi)部包含有一個(gè)三角波振蕩器，誤差放大器，兩個(gè)PWM比較器，輸出控制門(mén)，逐個(gè)脈沖限流比較器等。
UC3637可單電源或雙電源工作，工作電壓范圍±（2.5～20）V，特別有利于雙極性調(diào)制；雙路PWM信號(hào)，圖騰柱輸出，供出或吸收電流能力100mA；逐個(gè)脈沖限流；內(nèi)藏線(xiàn)性良好的恒幅三角波振蕩器；欠壓封鎖；有溫度補(bǔ)償；2.5V閾值控制。
UC3637最具特色的是三角波振蕩器，三角波產(chǎn)生電路如圖2所示。三角波參數(shù)按式（1）及式（2）計(jì)算。
Is=[（ VTH）-（-Vs）]/RT （1）
f=Is/{2CT[( VTH)-(-VTH)]} （2）
式中：VTH為三角波峰值的轉(zhuǎn)折（閾值）電壓；
Vs為電源電壓；
RT為定時(shí)電阻；
CT為定時(shí)電容；
Is為恒流充電電流；
f為振蕩頻率。C3637具有一個(gè)高速、帶寬為1MHz、輸出低阻抗的誤差放大器，既可以作為一般的快速運(yùn)放，亦可作為反饋補(bǔ)償運(yùn)放。
UC3637實(shí)現(xiàn)其主要功能的就是兩個(gè)PWM比較器，實(shí)現(xiàn)電路如圖3所示。其他還有如欠壓封鎖，2.5V閾值控制等功能，這些功能在應(yīng)用電路中也給予實(shí)現(xiàn)。
2 IR2110的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用
IR2110的內(nèi)部功能框圖如圖4所示。它由三個(gè)部分組成：邏輯輸入，電平平移及輸出保護(hù)。IR2110具有獨(dú)立的低端和高端輸入通道；懸浮電源采用自舉電路，其高端工作電壓可達(dá)600V，在15V下靜態(tài)功耗僅116mW；輸出的電源端（腳3Vcc，即功率器件的柵極驅(qū)動(dòng)電壓）電壓范圍10～20V；邏輯電源電壓范圍（腳9VDD）3.3～20V，可方便地與TTL或CMOS電平相匹配，而且邏輯電源地和功率地之間允許有±5V的偏移量；工作頻率高，可達(dá)100kHz；開(kāi)通、關(guān)斷延遲小，分別為120ns和94ns；圖騰柱輸出峰值電流為2A。
下面分析高壓側(cè)懸浮驅(qū)動(dòng)的自舉原理。
IR2110用于驅(qū)動(dòng)半橋的電路如圖5所示。圖中C1及VD1分別為自舉電容和二極管，C2為Vcc的濾波電容。假定在S1關(guān)斷期間C1已充到足夠的電壓（Vc1≈Vcc）。當(dāng)腳10（HIN）為高電平時(shí)VM1開(kāi)通，VM2關(guān)斷，Vc1加到S1的門(mén)極和發(fā)射極之間，C1通過(guò)VM1，Rg1和S1柵極－發(fā)射極電容Cge1放電，Cge1被充電。此時(shí)Vc1可等效為一個(gè)電壓源。當(dāng)腳10（HIN）為低電平時(shí)，VM2開(kāi)通，VM1斷開(kāi)，S1柵電荷經(jīng)Rg1，VM2迅速釋放，S1關(guān)斷。經(jīng)短暫的死區(qū)時(shí)間（td）之后，腳12（LIN）為高電平,S2開(kāi)通，Vcc經(jīng)VD1，S2給C1充電，迅速為C1補(bǔ)充能量。如此循環(huán)反復(fù)。
圖4
IR2110的不足是保護(hù)功能不夠及其自身不具有負(fù)偏壓。為此，給它外加了一個(gè)負(fù)偏壓電路，具體見(jiàn)圖6。
3 應(yīng)用UC3637和IR2110構(gòu)成控制驅(qū)動(dòng)電路
圖6是IR2110構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)電路。
由圖6可見(jiàn)用兩片IR2110可以驅(qū)動(dòng)一個(gè)逆變?nèi)珮螂娐罚鼈兛梢怨灿猛粋�(gè)驅(qū)動(dòng)電源而不須隔離，使驅(qū)動(dòng)電路極其簡(jiǎn)化。IR2110本身不能產(chǎn)生負(fù)偏壓。由驅(qū)動(dòng)電路可見(jiàn)本電路在每個(gè)橋臂各加了負(fù)偏壓電路，以左半部為例，其工作過(guò)程如下：VDD上電后通過(guò)R1給C1充電，并在VW1的鉗位下形成＋5.1V電壓Vc1，當(dāng)IR2110的腳1（LO）輸出為高電平時(shí)，下管有（VDD－5.1）V的驅(qū)動(dòng)電壓，同時(shí)在下管關(guān)斷時(shí)下管的柵源之間形成一個(gè)－5.1V的偏壓；下管開(kāi)通同時(shí)腳1（LO）輸出高電平通過(guò)Rg2，R2開(kāi)通MOSFET讓C3進(jìn)行充電;當(dāng)IR2110的腳7（HO）輸出為高電平時(shí)，由C3放電提供上管開(kāi)通電流，同時(shí)給C2充電并由VW2鉗位＋5.1V，下管關(guān)斷時(shí)Vc2即形成負(fù)
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