数字脉宽调制器的设计

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1、数字脉宽调制器的毕业设计目录1引言12数字脉宽调制器的主电路22.1自关断电子器件（IGBT）23控制电路的设计53.1脉宽调制电路53.1.1参考电压产生电路53.1.2计数电路53.1.3A/D转换器73.1.4用555定时器接成的多谐振荡器103.1.5数值比较153.1.6锁存电路163.2直流稳压电源173.3（IGBT）驱动电路203.3.1IGBT对驱动电路的要求203.3.2IGBT的变压器隔离驱动213.3.3IGBT的直接驱动223.3.4IGBT的光耦隔离驱动233.3.5IGBT的集成模块驱动233.4同步电路253.4.1单相整流电

2、路253.4.2光电耦合器313.4.3变压电路333.4.4计数清零374结论39谢辞40参考文献41附录42外文资料43中文翻译45I唐山学院毕业设计1引言许多应用需要脉宽调制(PWM)电路，如：电压调节器、功率控制、风扇速度控制等。本文所设计的脉宽调制器用于单相交流调压[7]。脉宽调制器的实现有很多途径和方法，可以用单片机、模拟电路和数字电路等来实现。每一种实现方法都有它的可取之处。单片机通过软、硬件结合，操作简单，易于实现。模拟电路和数字电路实现起来原理简单，易于理解。数字电路较之模拟电路抗干扰能力强，因此本设计通过单纯的硬件电路来实现脉宽调制器。设

3、计的数字脉宽调制器通过调节负载两端电压的大小从而改变负载的某些参数，负载如果为电机，通过脉宽调制则可以改变其转速。45唐山学院毕业设计2数字脉宽调制器的主电路2.1自关断电子器件（IGBT）1.绝缘栅双极晶体管（IGBT）概述GTR和GTO是双极型电流驱动器件，由于具有电导调制效应，所以其通流能力很强，但开关速度较低，所需驱动功率大，驱动电路复杂。而电力MOSFET是单极型电压驱动器件，开关速度快，输入阻抗高，热稳定性好，所需驱动功率小而且驱动电路简单。将这两类器件相互取长补短适当结合而成的复合器件，通常称为Bi-MOS器件。绝缘栅双极晶体管综合了GTR和M

4、OSFET的优点，因而具有良好的特性。因此，自其1986年开始投入市场，就迅速扩展了其应用领域，目前已取代了原来GTR和一部分电力MOSFET的市场，成为中小功率电力电子设备的主导器件，并在继续努力提高电压和电流容量，以期再取代GTO的地位。2.IGBT的结构和工作原理IGBT也是三端器件，具有栅极G、集电极C和发射极E。图2-1给出了一种由N沟道VDMOSFET与双极型晶体管组合而成的IGBT的基本结构的简化等效电路，可以看出这是用双极型晶体管与MOSFET组成的达林顿结构，相当于一个由MOSFET驱动的厚基区PNP晶体管。图中RN为晶体管基区内的调制电阻

5、。因此，IGBT的驱动原理与电力MOSFET基本相同，它是一种场控器件。其开通和关断是由栅极和发射极间的电压uGE决定的，当uGE为正且大于开启电压UGE(th)时，MOSFET内形成沟道，并为晶体管提供基极电流进而使IGBT导通。由于前面提到的电导调制效应，使得电阻RN减小，这样高耐压的IGBT也具有很小的通态压降。当栅极与发射极间施加反向电压或不加信号时，MOSFET内的沟道消失，晶体管的基极电流被切断，使得IGBT关断。图2-1IGBT的简化等效电路以上所述PNP晶体管与N沟道MOSFET组合而成的IGBT称为N沟道IGBT，记为N-IGBT，其电气图

6、形符号如图2-2所示。相应的还有P沟道IGBT，记为P-IGBT。45唐山学院毕业设计图2-2IGBT的电气图形符号3.IGBT的基本特性1)静态特性图2-3a所示为IGBT的转移特性，它描述的是集电极电流IC与栅射电压UGE之间的关系，与电力MOSFET的转移特性类似。开启电压UGE(TH)是IGBT能实现电导调制而导通的最低栅射电压。UGE(TH)随温度升高而略有下降，温度每升高1摄氏度，其值下降5mV左右。在±25摄氏度时，UGE(TH)的值一般为2~6V。图2-3b所示为IGBT的输出特性，也称伏安特性，它描述的是以栅射电压为参考变量时，集电极电流I

7、C与集射极间电压UCE之间的关系。此特性与GTR的输出特性相似，不同的是参考变量，IGBT为栅射电压UGE,而GTR为基极电流IB。IGBT的输出特性也分为三个区域；正向阻断区、有源区和饱和区。这分别与GTR的截止区、放大区和饱和区相对应。此外，当uCE<0时，IGBT为反向阻断工作状态。在电力电子电路中，IGBT工作在开关状态，因而是在正向阻断区和饱和区之间来回转换。a转移特性b输出特性图2-3IGBT的转移特性和输出特性2)动态特性IGBT的开通过程与电力MOSFET的开通过程很相似，这是因为IGBT在开通过程中大部分时间是作为MOSFET来运行的。从驱

8、动电压uGE的前沿上升至其幅值的10%的时刻，到集电