TLP250功率驱动模块在功率驱动模块在IRF840 MOSFET中的应用中的应用(图图)
摘 要:介绍了功率器件驱动模块TLP250的结构和使用方法,给出了其与功率MOSFET和DSP控制器接口的硬
件电路图。在阐述IRF840功率MOSFET的开关特性的基础上,设计了吸收回路。最后结合直流斩波调速技术,
设计了基于TMS320LF2407 DSP的直流电动机全数字闭环调速系统,并给出了实验结果。关键词:TLP250;
IRF840 MOSFET;吸收回路;直流斩波;DSP 引言---功率集成电路驱动模块是微电子技术和电力电子技术相
结合的产物,其基本功能是使动力和信息合一,成为机和电的关键接口。快速电力电子器件MOSFET的出现,
为斩波频率的提高创造了条件,提高斩波频率
摘摘 要要:介绍了功率器件驱动模块TLP250的结构和使用方法,给出了其与功率MOSFET和DSP控制器接口的
硬件电路图。在阐述IRF840功率MOSFET的开关特性的基础上,设计了吸收回路。最后结合直流斩波调速技
术,设计了基于TMS320LF2407 DSP的直流电动机全数字闭环调速系统,并给出了实验结果。
关键词关键词:TLP250;IRF840 MOSFET;吸收回路;直流斩波;DSP
引言引言
---功率集成电路驱动模块是微电子技术和电力电子技术相结合的产物,其基本功能是使动力和信息合一,成
为机和电的关键接口。快速电力电子器件MOSFET的出现,为斩波频率的提高创造了条件,提高斩波频率
可以减少低频谐波分量,降低对滤波元器件的要求,减少了体积和重量。采用自关断器件,省去了换流回
路,又可提高斩波器的频率。
---直流电动机的励磁回路和电枢回路电流的自动调节常常采用功率MOSFET。功率MOSFET是一种多子导
电的单极型电压控制器件,具有开关速度快、高频特性好、热稳定性优良、驱动电路简单、驱动功率小、安
全工作区宽、无二次击穿问题等显著优点。目前,功率MOSFET的指标达到耐压600V、电流70A、工作频
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应用,使功率变换装置实现高
效率和小型化。
---因为主电路电压均为高电压、大电流情况,而控制单元为弱电电路,所以它们之间必须采取光电隔离措
施,以提高系统抗干扰措施,可采用带光电隔离的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,由日本东芝公司生产,其最大驱动能力达1.5A。选用TLP250光
耦既保证了功率驱动电路与PWM脉宽调制电路的可靠隔离,又具备了直接驱动MOSFET的能力,使驱动电
路特别简单。
TLP250的结构及驱动电路的设计的结构及驱动电路的设计
---功率MOSFET驱动的难点主要体现在功率器件的特性、吸收回路和栅极驱动等方面,下面首先介绍
TLP250的结构和引脚使用方法,然后分别介绍以上各项。
● TLP250功率器件
---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。
---TLP250驱动主要具备以下特征: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);开关时间tpLH/tpHL=0.5μs(max)。
---基于TMS320LF2407 DSP、TLP250、IRF840 MOSFET栅极驱动电路的直流调速系统的基本结构如图1
所示,如何对功率器件IRF840进行驱动是至关重要的,必须首先对此问题加以解决,然后才能在此基础上
对控制器进行设计。
● 功率MOSFET的开关特性
---IRF840 MOSFET电力场效应晶体管在导通时只有一种极性的载流子(多数载流子)参与导电,是单极型晶
体管。电力场效应晶体管是用栅极电压来控制漏极电流的,因此它的一个显著特点是驱动电路简单,驱动功
率小。其第二个显著特点是开关速度快,工作频率高,电力MOSFET的工作频率在下降时间主要由输入回
路时间常数决定。
---MOSFET的开关速度和其输入电容的充放电有很大关系。使用者虽然无法降低Cin的值,但可以降低栅极
驱动回路信号源内阻Rs的值,从而减小栅极回路的充放电时间常数,加快开关速度。
---IRF 840为单极型器件,没有少数载流子的存储效应,输入阻抗高,因而开关速度可以提高,驱动功率
小,电路简单。但是,功率MOSFET的极间电容较大,因而工作速度和驱动源内阻抗有关。和GTR相似,
功率MOSFET的栅极驱动也需要考虑保护、隔离等问题。
● 吸收回路的设计
---栅极驱动电路是励磁回路和控制电路之间的接口,是励磁回路控制装置的重要环节,对整个控制性能有很
大的影响。采用性能良好的吸收电路,可使功率MOSFET工作在较理想的开关状态,缩短开关时间,减少
开关损耗,对装置的运行效率、可靠性、安全性都有重要的意义。另外,许多保护环节设在驱动电路或通过
驱动电路来实现,也使得驱动电路的设计更为重要。
---电力MOSFET是电压控制型器件,静态时几乎不需要输入电流,但由于栅极输入电容Cin的存在,在开通
和关断过程中仍需要一定的驱动电流来给输入电容充放电。栅极电压UG的上升时间tr和采用放电阻止型缓冲
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的选择是按希望MOSFET在关断信号到来之前,将缓冲电容所积累的电荷放
净。可由式(2)估算。
(2)
---式中,f为开关频率。
---如果缓冲电路电阻过小,会使电流波动,MOSFET开通时的漏极电流初始值将会增大,因此,希望选取尽