一种抑制栅极正负向串扰的GaN HEMT无源驱动电路

GaN器件由于其更快的开关速度,比硅器件更容易发生严重的开关振荡,也更容易受到栅源电压振荡的影响。为了抑制GaN基半桥结构中的串扰,提出了一种抑制GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)栅极正负向串扰的无源钳位驱动电路来抑制栅源电压振荡。采用基本无源元件建立自举驱动回路,并增加三极管以构成从驱动电路到GaN HEMT的低阻抗米勒电流路径,抑制正负向串扰。在LTspice软件下进行电路模拟仿真,并搭建实验平台进行实测验证,结果表明栅源电压的最大正向串扰可降至1.2 V,最大负向串扰可降至1.6 V,漏源电流的正向和负向串扰均降至2 A以下,证明该电路对栅源电压以及漏源电流的振荡均有良好的抑制效果。

煤矿氧气检测高精度VCSEL驱动及温控电路设计

为解决当前常用煤矿氧气检测仪器易受交叉气体干扰且功耗大的问题,基于GD32F303RCT6微控制器和ADN8834热电冷却控制器,设计了一种软启动开关电路控制的垂直腔面发射激光器(Vertical-cavity Surface-emitting Laser,VCSEL)高精度驱动及温控电路。驱动电路中,高频正弦波信号和低频锯齿波信号叠加的二进制数据由微控制器产生,经信号发生电路、电压电流转换电路转化成VCSEL高精度驱动电流信号;温控电路中,设计基于比例积分微分(Proportional Integral Differential,PID)补偿电路和数模转换控制器(Digital to Analog Converter,DAC)目标温度控制电路实现激光器温度自动调节。测试结果表明:驱动电路的电流输出区间为0.680~1.360 mA;锯齿波频率误差小于0.5%,正弦波频率误差小于0.1%;氧气吸收峰扫描精度高达0.07 pm,对应电流扫描精度为0.12μA;温控电路的温度控制精度为±0.012℃。满足了可调谐半导体激光吸收光谱(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy,TDLAS)煤矿氧气检测应用需求。

两开关无电解电容LED驱动电路拓扑及控制策略

LED驱动电源常因含有平衡输入输出功率的电解电容而导致寿命大打折扣,为延长LED驱动电源的使用寿命以及提高其可靠性,该文提出一种两开关无电解电容LED驱动电路拓扑,该拓扑以反激变换器为基础,通过集成的辅助储能电容实现输入输出瞬时功率平衡,从而大大地减小了抑制输出电流低频纹波所需的电容器容值,实现无电解电容化,并充分吸收漏感能量,使电源效率得到提高。详细分析该电路拓扑的工作原理及各个模态,给出参数设计方法,并提出相应控制策略,最后,搭建一台35 W原理样机验证了该电路拓扑的可行性。

基于三电平的超声波电机驱动电路调速性能研究

从超声波电机驱动电路拓扑结构出发,使用三相全桥电路构建三电平波形发生电路,得到基于三电平的超声波电机驱动电路,通过改变相关PWM驱动参数可以实现电机驱动波形的调频、调压和调相功能,进而实现电机调速。通过分析得到驱动电压、驱动频率与行波幅值之间的关系,使用半实物仿真平台对基于三电平的超声波电机驱动电路进行测试,验证空载、带载时超声波电机在调压、调频、调相的情况下转速的变化情况,从而实现基于三电平的超声波电机的调速性能测试,为电机调速打下基础。

一种新型可调驱动电压的SiC/Si混合开关驱动电路

为提高碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管(silicon carbide metal oxide semiconductor filed effect transistor,SiC-MOSFET)与硅基绝缘栅极双极晶体管(silicon insulated gate bipolar transistor,Si-IGBT)并联混合开关(SiC/Si hybrid switch,SiC/Si HyS)的可靠性与适用性,该文提出一种可变驱动电压的SiC/Si HyS栅极驱动电路结构,采用一路脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)控制信号和一个驱动芯片产生不同电压幅值的栅极控制信号,分别控制SiC/Si HyS中的SiC-MOSFET和Si-IGBT。相比于传统采用2个独立驱动电路的SiC/Si HyS驱动结构,该驱动电路大幅度降低SiC/Si HyS栅极驱动电路的复杂度,降低SiC-MOSFET关断过程中Si-IGBT误导通的可能性,提升混合开关的工作可靠性。该文首先分析所设计驱动电路工作原理,给出驱动电压调节方法;其次,建立耦合电容端电压纹波和系统启动时电容端电压暂态数学模型,通过仿真和实验验证模型准确性;搭建2 kW的SiC/Si混合开关Buck电路,验证该文所提混合开关驱动电路可行性,从SiC/Si HyS功率器件关断损耗、驱动电路功率损耗、成本以及体积4个方面分析所提驱动结构的优势。

一种用于光隔离IGBT栅极驱动的智能型LED驱动电路

采用双极型工艺设计了一种智能型高速LED驱动电路,可用于光隔离IGBT栅极驱动芯片的输入驱动。该设计采用一种新型逻辑门结构来实现信号传输、故障反馈以及外部置位等功能,同时达到降低信号传输延迟时间的目的。测试结果表明,在常温条件下,LED驱动电路的输入信号传输延迟时间为70 ns,复位信号有效到故障消除的延迟时间为4.59μs。所设计的驱动电路能够满足光耦隔离IGBT栅极驱动芯片的使用要求。

一种灵活可靠的IGBT驱动电路设计

在当今减碳排放背景下,全控型功率器件IGBT以优异的性能广泛用于各种变流器中,有效可靠的驱动电路对IGBT的安全工作至关重要,特别是大功率应用场合。针对大功率IGBT应用中对驱动电路灵活可靠的要求,设计了一种基于智能集成光耦驱动器ACPL-332J的IGBT驱动保护电路,分析了ACPL-332J的各项参数,并以ACPL-332J为核心设计了驱动电路。以英飞凌FF600R12ME4为应用IGBT,通过双脉冲试验、短路试验验证了设计电路驱动及保护的有效性。

一种无桥高增益单级LED驱动电路及其混合控制策略

中小功率的LED驱动电源中,传统两级LED驱动电源存在体积大、成本高以及传统Boost PFC电路在低压输入时导通损耗大等问题。为此提出一种由无桥二次型Boost PFC电路和DC-DC LLC电路集成的无桥高增益单级LED驱动电路,实现了高电压增益、功率开关器件软开关、一套控制电路和高电路转换效率。针对单级电路在电网输入电压变化引起直流母线电压变动范围大等问题,设计一种适用于所提电路的APWM-PFM混合控制策略,并对混合控制原理和控制过程进行详细分析。最后设计一台200 W的实验样机,在输入电压80~120 Vrms范围内,占空比最大为0.5,最大电压增益为6.7,直流母线电压基于网侧特性和LLC电路特性设计在700 V以内,样机的功率因数值均高于0.990,THD均低于15%。在满载条件下,110 Vrms输入时,样机效率为93.20%,相比于传统无桥PFC,电压增益提高了2.21倍,实现了高电压增益和软开关,有效提升了在低压输入条件下的电路转换效率。仿真和实验结果验证了所提出电路和控制方法的有效性。

高精度固态调制器绝缘栅双极晶体管驱动电路

加法器式固态调制器是一种使用绝缘栅双极晶体管(IGBT)控制储能电容放电来产生脉冲高压的装置,相比传输线型调制器,具有模块化、稳定性好、寿命长等优势。但IGBT的正常工作需要利用栅极驱动电路将控制信号进行放大才能实现,驱动电路的性能直接影响IGBT的开关特性,最终影响脉冲电压质量,尤其是驱动电路的导通抖动指标,这是影响脉冲电压精度的关键因素之一。根据加法器式固态调制器中IGBT的工作特性,以提高脉冲电压精度为目标,对驱动电路进行研究。分析了开关抖动对输出电压精度的影响,介绍了设计原理,研制了驱动电路板,并利用放电模块对其工作性能进行了实验测试。测试结果表明,该款驱动电路的导通抖动为300 ps,相比1 ns的商用驱动电路抖动压缩至1/3,在1 kV充电电压下,放电模块在0.5Ω的负载上放电,形成上升时间为500 ns、导通抖动峰、峰值在5 ns以下的脉冲电压,当发生退饱和故障时,驱动电路能够在4μs时间内关断IGBT,该款驱动电路满足高精度固态调制器的工作要求。

基于WMS的可调谐半导体激光器驱动与温控电路设计

针对可调谐半导体激光器工作时,其工作电流和工作温度的波动导致激光器的输出的波长和功率不能保持恒定的问题,设计了一套基于STM32F407为主控芯片联合FPGA的半导体激光器小型化驱动与温控电路。通过与上位机交互,系统可实现激光器驱动电流和工作温度的连续可调,使半导体激光器的输出光的波长在最佳的范围内。经过测试,系统的驱动模块电流稳定度为0.075%,电流的实际值与理论值之间的相对误差平均值为0.538%;温度电路的稳定度在0.03℃,完全满足实际应用需求。

面向CMUT换能器的驱动电路设计与优化

电容式微机械超声换能器(CMUT)具有良好的电声特性、体积小、容易制作阵列等优势,在医学和船舶领域具有广泛的应用前景。论文针对自主研制的一种密排结构CMUT超声换能器的驱动需求,设计了基于FPGA和以MAX14808芯片为核心的驱动电路。用该电路产生方波脉冲,在单端时钟、差分时钟、透明模式下进行了相差角、延迟时间、CMUT收发测试,比较了优缺点。测试结果表明,驱动电路的输出与INP1/INN1输入之间的相差角一致、单端和差分时钟模式下输出与INP1/INN1输入之间的延迟时间差距较小。收发测试时,接收信号随着距离的增加呈指数型衰减,随着输入电压的增加基本呈线性增加且有较小弧度,单端时钟模式的稳定性最好。驱动电路的时钟模式设计,能够重新同步主控芯片的所有数据输入,以减少与FPGA输出信号相关的相位噪声。论文为水下和医疗的超声成像系统提供了硬件支持,为CMUT测试研究提供方法。

用于TDLAS气体检测的DFB激光器驱动电路设计

分布反馈(DFB)激光器作为可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术的常用光源之一,在实际应用中应当同时对驱动电流和温度进行控制,以减小出光质量对气体浓度检测结果的影响。为了解决上述问题,文中设计一种高精度激光器驱动电路。由STM32F103RCT6控制AD9834和DAC8560分别产生正弦波和锯齿波信号,对两个信号输入至OP27GS构成的信号叠加电路进行叠加后,输出至由OP27GS、AD8065和IRF520场效应管组成的具有限流功能的压控恒流源电路,将电压信号转变为激光器的驱动电流;同时采用MAX1978温控芯片对激光器进行温度控制。实际测试结果表明,压控恒流源输出电流的最大误差为0.1%,DFB激光器的温度稳定度为0.072%,温度控制精度优于0.01℃。使用3000 ppm的甲烷标准气体进行吸收测试,通过示波器检测光电探测器和锁相放大器的输出波形,可得到稳定的吸收峰和二次谐波,说明所设计电路满足TDLAS检测技术对于DFB激光器驱动的要求。

一种新型两开关无电解电容LED驱动电路

LED驱动电源通常需要大电解电容来减少低频电流纹波,电解电容的短寿命是制约LED驱动电源寿命的重要因素,消除电解电容是LED驱动电源长寿命的关键。为此,提出了一种基于反激变换器的两开关无电解电容LED驱动电路拓扑,将辅助功率平衡电路与反激变换器集成,通过2个开关管实现瞬时输入功率与输出功率的平衡,消除电解电容,抑制输出电流低频纹波,实现高功率因数。详细分析了该拓扑的工作原理,并提出了一种适用于该电路拓扑的控制策略。最后搭建了1台30 W的原理样机,实验结果验证了该拓扑的可行性。

开关线性复合式磁铁驱动电路研究

磁铁驱动电路主要有开关功率放大器和线性功率放大器两种,其中开关功率放大器功率损耗小,但驱动电流存在纹波;线性功率放大器效率低,损耗大。针对该问题,此处提出一种开关线性复合式的悬浮驱动电路,在传统开关功率放大器的基础上增加线性电流补偿环节,通过线性电流补偿环节对驱动电流纹波进行消除,抑制系统输出纹波。首先对开关线性复合式悬浮驱动电路进行了原理分析,通过Matlab仿真对系统进行建模和工作分析,讨论了系统损耗与开关频率的相互关系,通过分析给出了系统的最佳工作频率范围,最后给出了相应的实验,通过实验证明开关线性复合式悬浮驱动电路在10 kHz的频率下,相较于开关式功率放大器效率仅下降7%,电流纹波消除64.32%。

一种反激式无电解电容LED驱动电路

针对电解电容制约LED驱动电源寿命的问题,提出一种反激式无电解电容LED驱动电路。该电路拓扑由反激电路和辅助电路组成,反激电路用于实现高功率因数及输出恒流,辅助电路由辅助开关管、储能电容和辅助二极管组成,用于平衡脉动形式的输入功率和平直输出功率的差值。详细介绍了所提电路的工作原理,给出了电路关键参数的设计过程,并对电路进行了仿真与分析,最后研制了一台30W的无电解电容LED驱动电源原理样机,实验结果验证了所提电路的可行性。

GaN驱动芯片的增强型抗干扰欠压保护电路

针对汽车电子高性能GaN驱动芯片需求,为解决GaN器件栅极存在低压误开、高共模瞬态、抗干扰能力差等问题,提出了一种低温度系数、低功耗、高回差电压、具有双重比较的欠压保护电路。该电路采用双重比较参考电路,设置合理的比较电压,增大电路回差电压,极大提高了电路的抗干扰能力。电源上电至预设电压后,系统解除保护锁定,GaN器件通路开启,电源驱动后级GaN器件栅极,实现GaN器件欠压保护功能,提高稳定性。采用0.18μm BCD工艺进行设计。仿真结果表明,电源上电至8.5 V时,电路解除欠压保护功能,带隙基准电路输出1.5×10^(-5)/℃高精度5 V电压至GaN驱动电路栅端。电源下电至8 V时,电路启动欠压保护功能,芯片系统关断,实现GaN器件保护功能。回差电压为0.5 V,静态电流为60μA。该欠压保护电路满足低温度系数、低功耗、高回差电压等要求。

基于IGBT电磁感应驱动电路的功率脉宽驱动应用研究

在大功率应用中,IGBT驱动电路需要有较好的驱动特性,其可靠性将决定整个系统能否正常运行。本文以2ED020I12-F2为驱动芯片,研究IGBT模块在大功率模块中的应用,通过光纤传输技术,将驱动信号与反向激励隔离开来,以提高IGBT的驱动性。

一种实现能量重复利用的SiC MOSFET谐振驱动电路

针对传统SiC MOSFET驱动电路的驱动电阻导致损耗较高的问题,提出了一种SiC MOSFET谐振驱动电路。详细分析了提出的谐振驱动电路的工作原理,通过控制驱动电路中各开关管的通断,使电感与SiC MOSFET的输入电容产生谐振,从而重复利用输入电容中的能量,减小了驱动损耗。相较于传统驱动电路,该谐振驱动电路的驱动损耗主要包括新增开关管及其续流二极管导通时的导通损耗和SiC MOSFET内阻所产生的损耗,而非驱动电阻导致的损耗。搭建仿真模型和实验平台,对提出的谐振驱动电路在高频和不同占空比下的驱动性能进行验证,结果表明提出的谐振驱动电路具有良好的驱动性能,能够在高频工作条件下保证SiC MOSFET的通断。

具有负压关断的MOSFET栅极快速驱动电路设计

设计了一款用于全固态Marx发生器的半导体开关驱动电路。该驱动电路输出侧采用储能电容与P-N双MOSFET管结构,可完成对固态Marx脉冲发生器功率回路开关管快速同步的导通关断控制,并具有死区时间调节与负压关断功能。此外,该驱动电路配合串芯磁环二次侧反向接线方案,可实现用同一信号对功率回路充、放电两路开关管的控制。实验证明,采用该款驱动电路的半桥型全固态Marx脉冲发生器可稳定输出幅值24 kV的脉冲方波,输出脉宽可在300 ns~10μs之间自由调节,上升沿和下降沿均在40 ns以内。

基于DRV8962的多通道舵机驱动电路设计

舵机是一种精确控制角度变化的执行机构,高性能的驱动电路是实现精确伺服控制的必要条件,对于提升舵机的性能和控制精度具有重要意义。此处提出了一种基于DRV8962的新型多通道驱动电路设计,该设计摆脱了传统的电桥搭建,在有限弹载空间内进行高度集成设计,实现了某型智能弹药中4路舵机的驱动控制,在简化电路设计和布局的同时提升了导弹的机动性和控制精度。整体舵机驱动系统包括了主控单元的配置和H桥驱动电路、电源系统、通信电路及采样电路的设计,在此基础上进行了实物测试。实验结果表明,4路舵机在工作时的电流特性、跟踪状态均可满足驱动控制性能需求,反馈误差稳定在0.2°以内,在实际应用中实现了精准的角度控制。