光电耦合器IGBT驱动TLP250的结构和使用办法，给出了其与功率MOSFET和DSP操控器接口的硬件电路图。在论述IRF840功率MOSFET的开关特性的基础上，规划了吸收回路。最终结合直流斩波调速技能，规划了根据TMS320LF2407 DSP的直流电动机全数字闭环调速体系，并给出了试验成果。
要害词：TLP250；IRF840 MOSFET；吸收回路；直流斩波；DSP
导言
—功率集成电路驱动模块是微电子技能和电力电子技能相结合的产品，其根本功能是使动力和信息合一，成为机和电的要害接口。快速电力电子器材MOSFET的呈现，为斩波频率的进步发明了条件，进步斩波频率能够削减低频谐波分量，下降对滤波元器材的要求，削减了体积和分量。选用自关断器材，省去了换流回路，又可进步斩波器的频率。
—直流电动机的励磁回路和电枢回路电流的主动调理常常选用功率MOSFET。功率MOSFET是一种多子导电的单极型电压操控器材，具有开关速度快、高频特性好、热稳定性优秀、驱动电路简略、驱动功率小、安全作业区宽、无二次击穿问题等明显长处。现在，功率MOSFET的目标到达耐压600V、电流70A、作业频率100kHz的水平，在开关电源、办公设备、中小功率电机调速中得到广泛的使用，使功率改换设备完成高功率和小型化。
—因为主电路电压均为高电压、大电流状况，而操控单元为弱电电路，所以它们之间有必要采纳光电阻隔办法，以进步体系抗干扰办法，可选用带光电阻隔的MOSFET驱动芯片TLP250。光耦TLP250是一种可直接驱动小功率MOSFET和IGBT的功率型光耦，由日本东芝公司出产，其最大驱动才干达1.5A。选用TLP250光耦既确保了功率驱动电路与PWM脉宽调制电路的牢靠阻隔，又具有了直接驱动MOSFET的才干，使驱动电路特别简略。
IGBT驱动光电耦合器TLP250的结构及驱动电路的规划
—功率MOSFET驱动的难点首要体现在功率器材的特性、吸收回路和栅极驱动等方面，下面首要介绍TLP250的结构和引脚使用办法，然后别离介绍以上各项。
● TLP250功率器材
—东芝公司的专用集成功率驱动模块TLP250包含一个GaA1As光发射二极管和一个集成光探测器，是8脚双列封装，适合于IGBT或功率MOSFET栅极驱动电路。TLP250的管脚如图1所示，管脚接线办法如表1所示。
—TLP250驱动首要具有以下特征：输入阈值电流IF=5mA(max)；电源电流ICC=11mA(max)；电源电压(VCC)=10～35V；输出电流IO=±0.5A(min)；开关时刻tpLH/tpHL=0.5μs(max)。
—根据TMS320LF2407 DSP、TLP250、IRF840 MOSFET栅极驱动电路的直流调速体系的根本结构如图1所示，怎么对功率器材IRF840进行驱动是至关重要的，有必要首要对此问题加以解决，然后才干在此基础上对操控器进行规划。
● 功率MOSFET的开关特性
—IRF840 MOSFET电力场效应晶体管在导通时只要一种极性的载流子(大都载流子)参加导电，是单极型晶体管。电力场效应晶体管是用栅极电压来操控漏极电流的，因此它的一个明显特点是驱动电路简略，驱动功率小。其第二个明显特点是开关速度快，作业频率高，电力MOSFET的作业频率在下降时刻首要由输入回路时刻常数决议。
—MOSFET的开关速度和其输入电容的充放电有很大联系。使用者尽管无法下降Cin的值，但能够下降栅极驱动回路信号源内阻Rs的值，然后减小栅极回路的充放电时刻常数，加速开关速度。
—IRF 840为单极型器材，没有少量载流子的存储效应，输入阻抗高，因此开关速度能够进步，驱动功率小，电路简略。可是，功率MOSFET的极间电容较大，因此作业速度和驱动源内阻抗有关。和GTR类似，功率MOSFET的栅极驱动也需求考虑维护、阻隔等问题。
● 吸收回路的规划
—栅极驱动电路是励磁回路和操控电路之间的接口，是励磁回路操控设备的重要环节，对整个操控功能有很大的影响。选用功能杰出的吸收电路，可使功率MOSFET作业在较抱负的开关状况，缩短开关时刻，削减开关损耗，对设备的运转功率、牢靠性、安全性都有重要的含义。别的，许多维护环节设在驱动电路或经过驱动电路来完成，也使得驱动电路的规划更为重要。
—电力MOSFET是电压操控型器材，静态时简直不需求输入电流，但因为栅极输入电容Cin的存在，在注册和关断过程中仍需求必定的驱动电流来给输入电容充放电。栅极电压UG的上升时刻tr和选用放电阻挠型缓冲电路，其缓冲电路电容CS可由式(1)求得。
(1)
—式中，L为主回路杂散电感；I0为IGBT关断时的漏极电流；VCEP为缓冲电容CS的电压稳态值；Ed为直流电源电压。缓冲电路电阻RS的挑选是按期望MOSFET在关断信号到来之前，将缓冲电容所堆集的电荷放净。可由式(2)预算。
(2)
—式中，f为开关频率。
—假如缓冲电路电阻过小，会使电流动摇，MOSFET注册时的漏极电流初始值将会增大，因此，期望选取尽可能大的电阻，缓冲电阻上的功耗与其阻值无关，可由式(3)求出。
(3)
—式中，LS是缓冲电路的电感。
—经核算、匹配，选取图2所示的缓冲电路和参数。
操控器的规划
—操控器的规划首要包含硬件操控体系的规划和软件的完成，下面从这两方面加以论述。
—● 转速闭环操控器的硬件规划
—(1)整流回路的规划
—直流电动机获得直流电源是经过整流电路来完成的，本体系选用RS507型单相桥式集成整流电路。因为桥式整流电路完成了全波整流电路，它将整流信号的负半周也使用起来，所以在变压器副边电压有效值相同的状况下，输出电压的均匀值是半波整流电路的两倍，见式(4)。
(4)
(2)硬件全体回路的规划
—操控体系的硬件全体结构图如图3所示，可见强电和弱电的别离是经过TLP250来完成的，其PWM操控信号经过转速调理操控算法的解算之后，由TMS320LF2407的PWM口输出。经过TLP250光耦，扩大、整形之后驱动功率MOSFET(IRF840)。输入电枢绕组的直流电压经过PWM斩波调制之后，构成所需的操控直流电压。正是经过TLP250来驱动功率器材的通断，将规划者的操控思维经过功率器材的通断来加以完成。
—NR24稳压器为TLP250供给24V的稳压电源，确保其作业正常。当然，PWM信号是经过软件运算经过TMS320LF2407器材来输出的，这儿因为篇幅所限，读者可参阅相应的书本。
—● 转速闭环操控器的规划
—(1)直流PWM脉宽调制技能
—与传统的直流调速技能相比较，PWM(脉宽调制技能)直流调速体系具有较大的优越性：主电路线路简略，需求的功率元件少；开关频率高，电流简单接连，谐波少，电机损耗和发热都较小；低速功能好，稳速精度高，因此调速规模宽；体系频带宽，快速呼应功能好，动态抗干扰才干强；主电路元件作业在开关状况，导通损耗小，设备功率高。
—本体系直流电动机回路选用门极可关断功率全控式电力电子器材MOSFET，改动其负载两头的直流均匀电压的调制办法选用脉冲调宽的方法，即主开关通断的周期T坚持不变，而每次通电时刻t可变。实际上便是使用自关断器材来完成通断操控，将直流电源电压断续加到负载上，经过通、断的时刻改动来改动负载电压均匀值，亦称直流-直流改换器。
—(2)数字操控器的规划
—图4给出了转速数字操控器的结构。为了完成转速和电流两种负反馈别离起作用，在体系中设置了两个调理器，别离调理转速和电流，二者之间实施串级联接。这便是说，把转速调理器的输出当作电流调理器的输入，再用电流调理器的输出去操控IRF840 MOSFET的触发设备，即TLP250输入的PWM的占空比。
—为了获得杰出的静、动态功能，双闭环调速体系的两个调理器选用数字式PI调理器。核算如式(5)所示。
—u(k)=Kpe(k)+KlTsame(k)+ul(k-l) (5)
—其间，Tsam为采样周期。
试验定论
—本试验设定电动机转速的操控值为1500转/分，电枢绕组的电阻为3.3Ω。到稳态的动态波形经过Gould Data SYS 944A示波器观测如图5所示。可见经过600ms即敏捷树立到稳态，稳态精度为0.5%，静态差错仅为1～2转/分。为了避免启动时转速超调，将份额系数P获得较小。从试验成果可见功率MOSFET器材在直流电机转速调理中得到了较好的使用。
—一起经过观测电枢回路续流二极管两头的电压，能够发现吸收回路作业正常，续流二极管两头波形如图6所示。
—试验调试过程中，应当对以下事项加以留意：在主电路，应当对斩波芯片采纳散热办法，进步电路作业牢靠性，应加装散热片；为下降斩波电路中输出电压纹波，有必要采纳输出滤波办法，可采纳LC滤波；有必要针对操控参数进行整定，从中找到对应的合理输出电流值，以进步操控精度。
