賀根華，祁承超，柳 鑫

（空軍預(yù)警學(xué)院 信息對抗系，湖北 武漢 430019）

目前，隨著電力電子技術(shù)的進(jìn)步，高頻開關(guān)電源在市場的占有比重越來越大.傳統(tǒng)的模擬電路在高頻時容易受到干擾，為了確保開關(guān)電源能夠穩(wěn)定可持續(xù)的工作，一般采用數(shù)字化進(jìn)行實現(xiàn).本文通過TI公司TMS320F28335芯片來產(chǎn)生可控制的移相角.同時，功率開關(guān)器件一般采用直接驅(qū)動和間隔隔離驅(qū)動兩種驅(qū)動方式［1-3］.IR2110是一種理想驅(qū)動裝置.該芯片具有光耦隔離（體積?。┖碗姶鸥綦x（速度快）的等優(yōu)點(diǎn)，是中小功率驅(qū)動裝置的首選.

本文以TMS320F28335和IR2110芯片為基礎(chǔ)，設(shè)計了基于DSP28335+IR2110芯片的移相全橋電路驅(qū)動.該電路簡化了模擬驅(qū)動控制電路的復(fù)雜性，實現(xiàn)了移相全橋電路數(shù)字化控制.

1　IR2110內(nèi)部結(jié)構(gòu)及管腳功能介紹

1.1　IR2110內(nèi)部結(jié)構(gòu)

IR2110內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由三部分組成：邏輯輸入、電平平移和輸出保護(hù).IR2110的邏輯電源電壓工作范圍為5～20 V，具有兩路獨(dú)立的高端和低端輸出通道.懸浮電源采用自舉電路，其高端可承受500V的工作電壓，在15V工作下，功耗僅116mW.一個IR2110芯片通過高端和低端輸出通道可同時驅(qū)動同一橋臂的上、下兩個開關(guān)器件，從而減小了控制器件的體積和電源數(shù)目，降低了成本，提高了系統(tǒng)的可靠性［4］.

圖1　IR2110內(nèi)部結(jié)構(gòu)

1.2　管腳功能介紹

IR2110引腳圖如圖2所示.

1腳為低端邏輯輸出（LO）；

2腳為低端電源公共端（COM）；

7腳為高端邏輯輸出（HO）；

3腳是低端電源電壓（Vcc）；

5腳是高端浮置電源公共端（VS）；

6腳是高端浮置電源電壓（VB）；

9腳是邏輯電路電源電壓（VDD）;

10腳是高端邏輯輸入（HIN）；

11腳是輸入關(guān)閉端（SD）；

13腳是邏輯電路接地端（Vss）；

14腳是低端邏輯輸入（LIN）；

4、8、腳置空.

圖2　IR2110引腳圖

2　IR2110驅(qū)動電路設(shè)計

2.1　IR2110驅(qū)動電路的工作原理

IR2110驅(qū)動電路如圖3所示，其中VDD為邏輯電路電源，電壓范圍為5V～20V，Vcc為功率管門極驅(qū)動電源，電壓范圍為10V～20V.圖3中，當(dāng)開關(guān)管S2導(dǎo)通，則VS的電位被拉低，Vcc通過自舉二極管D2、自舉電容C2、開關(guān)管S2組成閉合回路給C2充電，使得自舉電容C2形成一個懸浮電源，以確保在S2關(guān)斷及S1導(dǎo)通時，自舉電容C2儲存的能量來驅(qū)動S1管的柵極，從而實現(xiàn)自舉式驅(qū)動［5］.

在IR2110驅(qū)動電路中，自舉電容的選擇非常重要，其取值大小跟開關(guān)頻率有關(guān).通常情況下開關(guān)頻率越高，自舉電容的取值越小，自舉電容選擇的是鉭電容.同時自舉二極管的選擇也非常重要，它的主要作用是阻斷直流干線上的電壓，一般選擇漏電流較小的快回復(fù)二極管［6］.

2.2　驅(qū)動電路的參數(shù)設(shè)計

自舉電容［7-8］的計算公式如下：

其中參數(shù)Vcc為提供的電源電壓，本文選擇直流15 V電壓；Vls為下半橋MOSFET導(dǎo)通時的柵源閾值電壓，一般為3～5V，本文取Vls為3V；Vmin是VB和VS之間的最小電壓（可由IR2110手冊中查到，Vbsuvmin＝9.3V）；Vf為自舉二極管的正向?qū)▔航?，一般?.7V；Qg為門極電荷通常為70nC（可由MOSFET手冊中查到）；Iqbs(max)為最大VBS靜態(tài)電流230μA（可由2110手冊中查到）；Icbs(leak)為自舉電容漏電流；Qls為轉(zhuǎn)移電荷 =5 n C（5 0 0 V）=2 0 n C（1200V）；f為開關(guān)頻率，本文開關(guān)頻率為50kHz.由于開關(guān)頻率過大，公式（1）可簡化為公式（2）

將上述參數(shù)代入公式（2）中得：

本實驗C1和C3選取2.2μF的濾波電容，自舉電容C2選取22μF，36V的膽電容，二極管D1和D3選用快恢復(fù)二極管FR157，為防止柵極電流di dt過大損壞開關(guān)管，通常選取十幾歐的限流電阻，取R1和R2為10Ω.

2.3　保護(hù)電路設(shè)計

IR2110芯片SD管腳具有過流保護(hù)功能，當(dāng)LO和HO腳輸出一對互補(bǔ)的信號驅(qū)動上下兩個功率管時，如發(fā)生異常情況，上下兩只管子同時導(dǎo)通，發(fā)生直通現(xiàn)象，其管電流瞬間增大，與設(shè)定的值進(jìn)行比較，若大于設(shè)定值時，比較器LM139輸出高電平送給IR2110芯片SD管腳.如圖4所示，高電平的SD信號使得LO和HO管腳輸出信號立即變?yōu)榈碗娖?，立即關(guān)斷上下兩個功率開關(guān)管.

圖4　HO、LO、SD的輸入時序

3　TMS320F28335移相波形的產(chǎn)生［9-16］

3.1　各寄存器的配置

1）輸出PWM端口配置：

DSP的端口具有多功能引腳，為將端口配置成PWM功能引腳，首先需要對DSP的端口進(jìn)行配置，.本論文采用兩路EPWM1和EPWM2來產(chǎn)生四路驅(qū)動信號，EPWM1A、EPWM1B、EPWM2A、EPWM2B分別對應(yīng)EPWM1、EPWM2、EPWM3、EPWM4.EPWM1、EPWM2、EPWM3、EPWM4對應(yīng)的端口分別為 GPIO0、GPIO1、GPIO2、3.

InitEPwmGpio（）部分代碼：

EDIS;

GpioCtrlRegs.GPAPUD.bit.GPIO0=0;

GpioCtrlRegs.GPAPUD.bit.GPIO1=0;

GpioCtrlRegs.GPAPUD.bit.GPIO2=0;

GpioCtrlRegs.GPAPUD.bit.GPIO3=0;

EDIS;

2）PWM波的頻率配置：

PWM波的頻率設(shè)置是通過設(shè)置時基周期寄存器（TBPRD）來完成的，由下面公式計算：

其中，f是PWM波的頻率；k為系數(shù)（當(dāng)工作在減計數(shù)或增計數(shù)時，a為1，當(dāng)工作在增減計數(shù)模式時，a為2.）TBCLK為時鐘基準(zhǔn)頻率，它的大小由HSCLKDIV與CLKDIV決定，本論文中把時鐘基準(zhǔn)頻率設(shè)置為150MHz.

本文配置EPWM工作于增加計數(shù)模式，由公式（4）可得，要產(chǎn)生50KHz的PWM波，則TBPRD的值設(shè)為3000，設(shè)置代碼如下：

volatile Uint16 EPWM1_TIMER_TBPRD=3000;

volatile Uint16 EPWM2_TIMER_TBPRD=3000;

3）死區(qū)時間設(shè)置：

為滿足開關(guān)管的軟開關(guān)，需要設(shè)置死區(qū)時間，可以通過設(shè)置死區(qū)上升沿寄存器（DBRED）和下降沿延遲寄存器（DBFED）來設(shè)置死區(qū)時間，根據(jù)下面公式：

本文死區(qū)時間為5us，由式（5）、式（6）可得DBRED的值和DBFED的值為750，設(shè)置代碼如下：

EPwm1Regs.DBFED=750;

EPwm1Regs.DBRED=750;

EPwm2Regs.DBFED=750;

EPwm2Regs.DBRED=750;

3.2　移相角控制

如圖5所示，以EPWM1產(chǎn)生的PWM波為基準(zhǔn)，EPWM2在此基礎(chǔ)上進(jìn)行移相.

圖5　移相波形圖

通過設(shè)置相移寄存器（TBPHS）可以達(dá)到移相目的，EPWM1相角為00，代碼設(shè)置如下：

EPwm1Regs.TBPHS.half.TBPHS=0；

其中phshift為所需改變的相角.TBPHS的值對應(yīng)相角的轉(zhuǎn)換，根據(jù)下面公式實現(xiàn)：

當(dāng)TBPHS=0時，相角phshift為00，當(dāng)TBPHS=4096時，相角phshift為1800.

4　電路結(jié)果分析

本實驗為移相全橋電路電路提供兩組互相對稱帶死區(qū)的驅(qū)動信號，為降低功率開關(guān)管驅(qū)動信號的開通、關(guān)斷延時，通常在柵極輸入端加一個5Ω的小電阻，在柵極和源級之間加一個10kΩ的電阻.EPWM1與EPWM2之間不同移相角的驅(qū)動波形如圖6所示，移相角為00時的驅(qū)動波形如圖6（a）所示，移相角為900時的驅(qū)動波形如圖6（b）所示，移相角為1800時的驅(qū)動波形如圖6（c）所示.同一橋臂上下兩管之間帶死區(qū)的驅(qū)動波形如圖7所示.

圖6　EPWM1與EPWM2之間不同移相角的驅(qū)動波形

圖7　同一橋臂上下兩管之間帶死區(qū)的驅(qū)動波形

5　結(jié)語

數(shù)字化的IR2110驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)簡單，單個芯片可以驅(qū)動兩個功率開關(guān)管，在橋式電路中有廣泛的應(yīng)用.本文對外圍電路的設(shè)計，各個器件的參數(shù)選擇，DSP28335各寄存器的配置及移相原理進(jìn)行設(shè)計，實現(xiàn)了移相全橋數(shù)字化驅(qū)動.實驗結(jié)果表明，通過對DSP的控制可以對移相角進(jìn)行控制，完成不同負(fù)載條件下，輸出電壓的穩(wěn)定.