驱动电源设计范文10篇

驱动电源设计范文篇1

1）实际导通时栅极偏压一般选12～15V为宜；而栅极负偏置电压可使IGBT可靠关断，一般负偏置电压选－5V为宜。在实际应用中为防止栅极驱动电路出现高压尖峰，最好在栅射之间并接两只反向串联的稳压二极管。

2）考虑到开通期间内部MOSFET产生Mill－er效应，要用大电流驱动源对栅极的输入电容进行快速充放电，以保证驱动信号有足够陡峭的上升、下降沿，加快开关速度，从而使IGBT的开关损耗尽量小。

3）选择合适的栅极串联电阻（一般为10Ω左右）和合适的栅射并联电阻（一般为数百欧姆），以保证动态驱动效果和防静电效果。根据以上要求，可设计出如图1所示的半桥LC串联谐振充电电源的IGBT驱动电路原理图。考虑到多数芯片难以承受20V及以上的电源电压，所以驱动电源Vo采用18V。二极管V79将其拆分为＋12．9V和－5．1V，前者是维持IGBT导通的电压，后者用于IGBT关断的负电压保护。光耦TLP350将PWM弱电信号传输给驱动电路且实现了电气隔离，而驱动器TC4422A可为IGBT模块提供较高开关频率下的动态大电流开关信号，其输出端口串联的电容C65可以进一步加快开关速度。应注意一个IGBT模块有两个相同单管，所以实际需要两路不共地的18V稳压电源；另外IGBT栅射极之间的510Ω并联电阻应该直接焊装在其管脚上（未在图中画出），而且最好在管脚上并联焊装一个1N4733和1N4744（反向串联）稳压二极管，以保护IGBT的栅极。

2实验结果及分析

在变换器的LC输出端接入两个2W／200Ω的电阻进行静态测试。实验中使用的仪器为：Agi－lent54833A型示波器，10073D低压探头。示波器置于AC档对输出电压纹波进行观测，波形如图5所示。由实验结果看，输出纹波可以基本保持在±10mV以内，满足设计要求。此后对反激变换器电路板与IGBT模块驱动电路板进行对接联调。观察了IGBT栅极的驱动信号波形。由实验结果看，IGBT在开通时驱动电压接近13V，而在其关断时间内电压接近5V。这主要是电路中的光耦和大电流驱动器本身内部的晶体管对驱动电压有所消耗（即管压降）造成的，故不可能完全达到18V供电电源的水平。

3结论

驱动电源设计范文篇2

关键词：绝缘栅双极晶体管；中频逆变电源；驱动；正弦波脉宽调制

引言

400Hz中频电源在工业、国防、航海、航空等领域中应用非常广泛。目前在我国，400Hz中频供电系统大多为中频机组，体积大，噪音高，效率低，管理不便。我们研制了一台用绝缘栅双极晶体管（IGBT）做为主功率开关器件的400Hz正弦波中频逆变电源，它具有体积小，重量轻，噪音低，转换效率高，工作可靠，使用方便等优点，是中频机组的理想替代新产品。

IGBT是新一代复合型电力电子器件，它的控制级为绝缘栅控场效应晶体管，输出级为双极功率晶体管，因而它兼有两者的优点而克服了两者的缺点，如高的输入阻抗；高的开关频率；很小的驱动功率；通态压降小；电流密度大等。

图1

1系统组成及工作原理

1.1逆变电源主电路

正弦波中频逆变电源的主电路构成如图1中的上半部分所示，图中K1为空气开关。L为EMI滤波器，用以滤掉电网中的干扰和消除逆变电源对电网的干扰。K2，K3，K4为接触器，K2的作用是在系统启动时接通电源，在故障时切断主电源，其辅助触点K2′用来在停机或保护电路动作时使滤波电容C1及C2上贮存的能量通过电阻R2快速放掉，以便检修或避免掉电时电容C1及C2中聚积的能量还未放完，逆变桥中同桥臂上下主功率IGBT因驱动脉冲电平不确定发生同时导通而损坏。接触器K3和电阻R1构成软起动电路，其作用是在系统启动时，通过电阻R1缓慢地对电容C1及C2充电，防止直接启动时由于电容器C1及C2上初始电压为零，导致整流桥模块承受过大的电流冲击而损坏，当电容C1及C2上的电压充到一定值时，接触器K3动作，其触点将电阻R1短接。K4用于将电源输出与负载隔开，等系统启动成功后再将负载接通，以保证电源系统顺利启动及保护用电设备。滤波电容C1及C2用来对整流后的电压进行滤波，以保证提供给逆变桥的电压为平直的直流电压。R3及R4分别并于C1及C2两端，以保证C1及C2各承受主电路中直流电压的一半。S为霍尔电流传感器，对逆变电源的直通及短路保护提供一取样信号。V1～V4为4只IGBT，构成桥式逆变电路。C3及C4用来抑制IGBT通断过程中因电路中电感的存在引起的尖峰脉冲电压Ldi/dt，保证主功率开关器件IGBT不因承受过高的尖峰脉冲电压而击穿损坏。L1，L2，C5构成输出滤波器，把逆变桥输出的按正弦波规律变化脉宽的高频脉冲波还原成中频正弦波输出，并经变压器T1隔离后为负载提供合适幅值的电压。

逆变电源主电路的工作原理可归纳如下：三相（或单相）交流市电经EMI滤波器滤波后，由整流桥模块U整流，再经电容滤波，加至由IGBT构成的桥式逆变电路，该直流高压经逆变电路逆变为脉宽按正弦波规律变化的高频脉冲波，再由输出滤波器滤掉高频谐波，得到中频正弦波，最后由变压器隔离、变压（升压或降压）后提供给负载。SPWM脉冲波由主控制电路产生并根据输出反馈电压和反馈电流来改变脉冲波的宽度，从而保证输出电压的稳定。

1.2主控制电路

主控制部分的原理框图如图2所示。它采用INTEL公司的16位单片机87C196MC作为控制核心。该单片机主要用于控制和数据处理，并具有脉宽调制信号输出端口。在控制算法上采用模糊控制算法。单片机产生载频为20kHz的SPWM脉冲信号，由脉宽调制信号输出端口输出，通过驱动电路加到IGBT的栅极，控制逆变电路正确工作，同时，根据电压和电流的反馈值调整SPWM脉冲信号的脉宽以保持输出信号幅度的稳定。为了保证系统安全可靠地运行，充分发挥单片机的强大控制功能，由主控制电路对系统的关键器件和关键参数，例如过压、欠压、过流、过载、输出短路、过热等进行实时监控，实现对系统工作状态的自诊断并对故障进行相应的声光报警。由于采用了16位单片机作为系统的控制核心，控制快速准确，使系统具有响应快，运行稳定、可靠的特点。

1.3驱动电路

IGBT的栅极驱动电压可由不同的驱动电路提供，选择驱动电路时，应考虑驱动电路的电源要求，器件关断偏置的要求，栅极电荷的要求，耐固性要求，保护功能等因素。驱动电路的性能不仅直接关系到IGBT器件本身的工作性能和运行安全，而且影响到整个系统的性能和安全。

德国西门康（SEMIKRON）公司生产的SKM系列IGBT功率模块，在芯片制造工艺、内部布局、基板选择等方面有独到之处，不必使用RCD吸收电路，SOA（安全工作区）曲线为矩形，不必负压关断，并联时能自动均流，短路时电流自动抑制，开关损耗不随温度正比增加，正温度特性曲线。鉴于此，选用西门康公司的SKM系列IGBT作为逆变电源的主功率开关器件。为充分利用IGBT的优良性能，保证系统能安全可靠地工作，驱动电路也选用西门康公司的SKHI系列驱动器。该系列驱动器只需一个非隔离的＋15V电源；具有高dv/dt容量；保护功能完善；故障记忆，通过ERROR信号告知控制系统；上下互锁，避免同一桥臂两只IGBT同时开通；栅极电阻外部可调，使得使用不同功率容量的IGBT时都能工作于较高的开关频率，并得到高的转换效率。

作为电压型控制的IGBT不需要栅极驱动电流，但由于栅极输入端有一个大电容，使在驱动时形成一很窄的脉冲栅极驱动电流，且IGBT容量越大，该脉冲电流的峰值越大，例如，200A/1200V的IGBT的开通电流的脉冲峰值约达到1.5A。SKHI驱动器既能承受这种高峰值栅极电流又不降低VGE。为?高开通和关断速度，减少驱动器损耗，SKHI驱动器的输出级采用MOSFET对管以减少连接线路上的电阻。影响开关速度的另一个重要因素是栅极电阻RG，减小RG可以降低IGBT的开关损耗，但由于杂散电感的存在，使得IGBT关断时的集射极间的尖峰电压增大，SKHI驱动器将RG分成RGON和RGOFF（见图3），这样两个参数可分别控制，并可根据IGBT容量的不同，分别调整RGON和RGOFF，以获得最佳驱动效果。

过流保护是驱动电路具有的重要功能之一，SKHI采用监测IGBT集射极电压VCE来测控过流，原理图见图4。VCE测控电路同时监视栅极输入信号和集射极电压，当输入信号为高电位，并且在3～5μs后，VCE较正常饱和值（3.5～5.5V）高，则认为过流，关断脉冲信号，给出故障报警信号。这是一种较先进的过流测控方式。

SKHI驱动器是针对IGBT和MOS特性而设计的，是性能较为完善的一种驱动器。

1.4辅助控制电路

辅助控制电路的作用是根据主控电路发出的控制信号，依次控制接触器K2，K3，K4的吸合及分断，保证主电路依正确的顺序加电，在保护电路工作时切断主电路的供电电源。辅助控制电路还为风扇提供电源。

1.5显示及按键控制电路

显示及按键控制电路的功能是在主控电路的控制下，显示系统的工作状态，如电压、电流、频率等，并可通过按键改变输出电压的幅度（改变范围为额定输出电压的±10％）和输出电压的频率（400Hz±30Hz）。当系统出现故障时对故障进行显示和报警，报警信号包括过流、过载、短路、过热、输入过压欠压、驱动报警等。

1.6软件控制

在算法上采用SPWMT和PID算法以及模糊控制逻辑、动态查表法，使系统响应更快，保护功能更强，可靠性大大提高。

1.7其他

采用关键器件降额设计，软启动设计、自动保护设计等措施，保证电路在环境应力较大的情况下能可靠工作；采用可靠性热设计、三防处理、结构件加固处理等办法，保证产品在恶劣的气候应力和机械应力条件下的可靠性；对于舰载装备配套的本产品，采用复合型减震器和导向件结构，保证产品的抗冲击、抗振动性能。强化产品的绝缘设计，确保产品的安全性。

2实用效果

根据上述正弦波中频逆变电源方案，已成功开发出系列正弦波中频逆变电源，经实测在额定负载时输出正弦波的失真度<3％，MTBF>20000h，各项技术指标均达到设计要求。通过了海装电子部组织的专家鉴定，还通过了中国电子产品可靠性与环境试验研究所质量检测中心（即信息产为部五所）的可靠性和电磁兼容性鉴定、环境试验检测。电源经海军多个部队和基地、军工单位、研究所的实际使用，取得了令人满意的效果。

3结语

1）大功率IGBT因具有工作频率较高，驱动电路功率小，工作损耗小等优点，加之有专用的驱动电路可使驱动电路的设计简化，可靠性提高，因此，可方便地用于变频电源中。

2）在正弦波逆变电源系统中应用16位单片机87C196MC来产生系统所需的SPWM脉冲信号，是非常方便实用的，可使硬件电路大大简化，可靠性提高，同时可利用单片机的强大控制功能，实时地对系统的关键器件和关键参数进行监控，实现对系统工作状态的自诊断。

3）大功率IGBT逆变器的保护电路设计对其可靠工作具有非常重要的作用，应充分重视。IGBT模块的吸收电容C3及C4须选用低感电容，如聚丙烯电容或类似的低介电损耗膜的电容，安装时应尽可能地靠近模块。

4）正弦波逆变电源输出正弦波的失真度与输出滤波器的参数有密切关系，设计中应合理地选取滤波器的截止频率，并照顾逆变电源最高输出频率的需要，滤波电感及电容应满足

驱动电源设计范文篇3

进行LCD设计主要是LCD的控制/驱动和外界的接口设计。控制主要是通过接口与外界通信、管理内/外显示RAM，控制驱动器，分配显示数据；驱动主要是根据控制器要求，驱动LCD进行显示。控制器还常含有内部ASCII字符库，或可外扩的大容量汉字库。小规模LCD设计，常选用一体化控制/驱动器；中大规模的LCD设计，常选用若干个控制器、驱动器，并外扩适当的显示RAM、自制字符RAM或ROM字库。控制与驱动器大多采用低压微功耗器件。与外界的接口主要用于LCD控制，通常是可连接单片机MCU的8/16位PPI并口或若干控制线的SPI串口。显示RAM除部分Samsung器件需用自刷新动态SDRAM外，大多公司器件都用静态SRAM。嵌入式人机界面中常用的LCD类型及其典型控制/驱动器件与接口如下：

段式LCD，如HT1621（控/驱）、128点显示、4线SPI接口；字符型LCD，如HD44780U（控/驱）、2行×8字符显示、4/8位PPI接口；单色点阵LCD，如SED1520（控/驱）、61段×16行点阵显示、8位PPI接口，又如T6863（控）+T6A39（列驱+T6A40（行驱）、640×64点双屏显示、8位PPI接口；

灰度点阵LCD，如HD66421（控/驱）、160×100点单色4级灰度显示、8位PPI接口；伪彩点阵LCD，如SSD1780（控/驱）、104RGB×80点显示、8位PPI或3/4线SPI接口；真彩色点阵LCD，如HD66772（控/源驱）+HD66774（栅驱）、176RGB×240点显示、8/9/16/18位PPI接口、6/16/18动画接口、同步串行接口；视频变换LCD，如HD66840（CRT-RGB→CD-RGB）、720×512点显示、单色/8级灰度/8级颜色/4位PPI接口。控制驱动器件的供电电路、驱动的偏压电路、背光电路、振荡电路等构成LCD控制驱动的基本电路。它是LCD显示的基础。

LCD与其控制驱动、接口、基本电路一起构成LCM（LiquidCrystalModule,LCD模块）。常规嵌入式系统设计，多使用现成的LCM做人机界面；现代嵌入式系统设计，常把LCD及其控制驱动器件、基本电路直接做入系统。本体考虑、既结构紧凑，又降低成本，并且有昨于减少功耗、实现产品小型化。控制LCD显示，常采用单片机MCU，通过LCD部分的PPI或SPI接口，按照LCD控制器的若干条的协议指令执行。MCU的LCD程序一般包括初始化程序、管理程序和数据传输程序。大多数LCD控制驱动器厂商都随器件提供有汇编或C语言的例程资料，十分方便程序编制。

2常见LCD的控制驱动与接口设计2.1段式LCD的控制驱动与接口设计段式LCD用于显示段形数字或固定形状的符号，广泛用作计数、计时、状态指示等。普遍使用的控制驱动器件是Holtek的HT1621，它内含与LCD显示点一一对应的显存、振荡电路，低压低功耗，4线串行MCU连接，8条控制/传输指令，可进行32段×4行=128点控制显示，显示对比度可外部调整，可编程选择偏压、占空比等驱动性能。HT1621控制驱动LCD及其MCU接口如图1所示。2．2字符型LCD的控制驱动与接口设计字符型LCD用于显示5×8等点阵字符，广泛用作工业测量仪表仪器。常用的控制驱动器件有：Hitachi的HD44780U、Novatek的NT3881D、Samsung的KS0066、Sunplus的SPLC78A01等。HD44780U使用最普遍。它内嵌与LCD显示点一一对应的显存SRAM、ASCII码等的字符库CGROM和自制字符存储器CGRAM，可显示1～行每行8个5～8点阵字符或相应规模的5×10点阵字符，其内振荡电路附加外部阻容RC可直接构成振荡器。HD44780U具有可直接连接68XXMCU的4/8位PPI接口，9条控制/传输指令，显示对比度可外部调整。HD44780U连接80XXMCU时有直接连接和间接连接两种方式：直接连接需外部逻辑变换接口控制信号，而无需特别操作程序；间接连接将控制信号接在MCU的I/O口上，需特别编制访问程序。HD44780U控制驱动LCD及其与80XXMCU的接口如图2所示。

2．3单色点阵型LCD的控制驱动与接口设计单色点阵型LCD用作图形或图形文本混合显示，广泛用于移动通信、工业监视、PDA产品中。小面积LCD常采用单片集成控制驱动器件，如SeikoEpson的SED1520，可实现61列×16行点阵显示；中等面积LCD常采用单片控制/列驱动器件与单片机驱动器件，如Hitachi的HD61202U（控/列驱）、HD61203（行驱），可实现64×64点阵显示；较大面积LCD常采用“控制器+显示+列驱动器+行驱动器”形式，如Toshiba的T6963C（控）、T5565（显存）、T6A39（列驱）、T6A40（行驱），可实现640×128点阵显示。这些驱动器常需12～18V负电源实现偏置与调整对比度。控制器件大多可以外接阻容RC构成振荡器或外接振荡器或外引时钟。显存中的每一位与LCD显示点一一对应。需要文字显示时，简单字符可直接全长集成在控制器内的ASCII字库，汉字或自制字符显示可在控制器外扩展大容量的字库CGROM或自制字库CGRAM。控制接口通常是8位PPI的64XX或80XXMCU接口（与MCU的连接也存在直接连接和间接连接两种形式），7～13条控制/传输指令，可实现点线圆等绘图功能。控制器T6963C、HD61830、SED1335等可以实现单双屏LCD控制。这是适应移动通信显示的结果。实质上是平分显存并分别对应两个LCD屏。编制传输数据程序时，要注意结合显存的特点适当变换数据形式，如SED1520显存中的8位数据是反竖排的，HD61202显存中的数据是竖排的。图3是SeikoEpson的SED1335控制器，外扩显存SRAM、自制字库SGRAM、大容量汉字库CGROM，与列驱动器SED1606、行驱动器SED1635组成的LCD及其80XXMCU接口的构成框图，可以实现640×56单色点阵LCD显示。

驱动电源设计范文篇4

PPTC器件技术已广泛应用于便携式电器、手机、计算机和远程通信设备的过流和过热电路保护设计中。汽车电子技术委员会推出的有关无源部件的新标准，推动了PPTC电路保护技术在汽车工业中的应用，主要针对电子电路和机动附件，如电动车窗、电动座椅、天窗控制和远程信息处理装置，旨在降低成本及提高可靠性和功能性。

电机驱动和控制装置要经受某些严酷的工作环境，而且要求能够连续和可靠地运行。现场的故障是无法避免的，选择正确的电路保护策略将有助于确保产品的可靠性，并将制造商和客户的维修成本控制在最低。采用泰科电子公司Raychem电路保护部提供的PolySwitchPPTC可复位电路保护器件，开发出更为稳固和可靠的产品，在电机的驱动和控制系统中能对某些常见的故障提供保护。

PPTC器件的小巧外形有助于节省宝贵的电路板空间，由于其具备自复式功能，因此可以允许布置在用户无法接触到的位置，这与传统保险丝需要布置在用户能够方便更换的位置相比具有明显的差异。由于PPTC器件是固态器件，因此还能够耐受机械冲击和振动，可为各种不同的应用场合提供可靠的电路保护。

电源保护

PolySwitch

图2：PPTC器件对输入/输出接口的保护。

PPTC器件一直以来应用于电源直流输出端的过载和短路保护。在开发出LVR系列产品后，目前PolySwitch器件已经可以应用在电源输入端的交流主电路中，将交流线路变压器和其它线路侧设备置于它的保护范围内。这些产品能够在中性线不小心处于断开状态或交流线电压用于24VAC输入端时，能够为电源提供保护。

LVR器件适用于电源系统，在120VAC和240VAC电压下，其最大输入电流可高达400毫安。而电流更大的电源系统可以将PolySwitch器件安置在次级端的输出电路，用于保护由于过电流状态所引发的电源故障(如图1所示)。

输入/输出接口的保护

许多驱动器和控制装置均配备了通讯和数据接口，用于各个系统元件之间的信息传输。而这些接口的接线有时会与交流或直流电源电缆并排敷设。这些线束可能由于正常的磨损、意外事故、安装接线错误或在中央配电箱上进行的误操作，而出现短路现象。如果电源电缆与通讯电线出现短路现象，PolySwitch器件能够保护任何与这条短路线路相连接的系统，以免造成通讯接口的损坏。在某些情况下，这种现象有可能影响到很多系统。而PolySwitch器件在保护接口处所起的作用，可以明显地降低设备常见故障的停运时间和修理成本(如图2所示)。

过热保护

由于PolySwitch器件能够对来自外部的热量和内部电流产生的热量所引发的温度上升作出响应，并可与高压设备建立起热量方面的联系，为高压设备提供过热保护。建立这种热量联系可以通过将这些器件布置成与高压设备发生接触或靠近高压设备的方式来实现。

此接触的方式使该器件能够很容易地与设备形成物理接触，从而提高了保护的效果。在这类设备中，变压器是一个很好的例子，PolySwitch器件可以捆绑在外部线圈上或外壳上(如图3所示)，从而建立起热量联系，还可以在设计时结合到电路中，使其具备在变压器过热时向控制器发送警告，系统马上停止运行。

近距离方式适用于电源半导体部件的保护，而且在小型的表面贴装PolySwitch器件与电源器件同处于一个铜底板时效果最好。这是一种成本低廉的热量联系方式，使PolySwitch器件能够在温度超过其动作点时进行动作，同时通知电源器件处于过热状态下时应该停止运行。

在这种应用中，会存在一定程度的热延迟现象，所以这一保护方案无法保护大电流部件以及部件在毫秒级的时间内就发生故障的电源器件。但是，对于绝大多数的过负载状态，这种配置均可以对电源器件提供保护。

运动机械均有可能出现堵塞或断裂故障，并可导致电机失速。在电机失速时继续供给电源会导致电机的损坏和/或驱动装置的损毁。将PolySwitch器件与电机驱动器串联起来(如图4所示)，可以保护电机和驱动电子电路，防止在失速或负载过大的状态下系统发生故障。在故障清除后(而且电源断开后)，系统可以重新开始正常的运行，无需进行维护或更换部件。多年以来，PolySwitch器件一直是汽车工业中最为常用的保护车座、车窗和其它电机的方案。

在这些应用中，使用PolySwitch器件要求考虑串联电阻的阻值和器件的最大保持电流额定值。室温下的最大工作电流为：16V以下为15A，30V以下为9A。

在这些应用中，当这些系统由于过电流或过热状态而导致外部故障时，PolySwitch器件能够允许电机驱动和控制器系统继续运行。其优点在于提供了一种功能强大和可靠的产品，在其它部件出现故障时可以保护系统。

汽车IEEE1394网络应用

在汽车工业中，家庭生活方式与汽车日益紧密的联系方兴未艾。采用由美国汽车多媒体接口协会(AMI-C)制订的标准化全球接口，就能方便地与各种消费电子设备相连，并为这些设备的快速安装提供便利。在消费电子业界称为IEEE1394串行总线的网络，在设计时以多媒体内容的传输为目标。这一针对汽车工业的附加标准被称为IDB-1394，由“1394联合汽车工作组”制订。

IDB-1394设计用于高速多媒体应用，即在车内快速传输大量的信息。这项开放式的标准允许便携式的电子设备与车载网络之间进行连接和互动操作，为两者建立了沟通渠道。

电源接口需要提供过电流保护，而现有的汽车体系所使用的电源标准是在多年以前颁布的。由于用户便利端口(CCP)用于传输信号和供电，所以必须对它进行保护，以防止由于各种故障，例如接触不良的电缆或接头插入到商品时，发生短路或造成下行设备的损坏。这种情况有可能经常发生，所以中央控制面板的短路保护必须有效而可靠。

应用综述

如图5所示，车载网络的架构可分为内嵌式网络和用户便利端口(CCP)。目前的技术规格将内嵌式塑料光纤(POF)车载网络定义为与现有的MOST(媒体定向系统传输)技术相似的规格。但是，前者的架构更加稳固、能够提供更高的数据传输速率，并且更易于实现。这个网络能够连接各种电子设备，例如DVD播放机、视频显示屏、导航系统、收音机接收设备、通讯设备，如无线电话或应急自动远程通信及信息处理技术术语，以及其它的多媒体应用。

这套视频-音频网络包括一个CCP，可供乘客将自己的CD机、游戏机和其它应用1394总线的设备和外设连接到网络中，所配电缆通用于家中和车上。

电路保护要求

在热插拔汽车环境中，由于客户经常要在电源接口上连接和断开各种外设，所以明显存在发生短路损坏的潜在危险。电源接口要求具备过电流保护的功能，而应用于目前汽车系统中的现有电源标准是多年以前制订的。因为用户便利接口用于传输信号和供电，所以必须对它进行保护，以防止由于各种故障，例如接触不良的电缆或接头插入接口时，发生短路或造成下行设备的损坏。这种情况有可能经常发生，所以中央控制面板的短路保护必须有效而可靠，而且最好是能够复位的。

图5：车载视频-音频网络架构。

电流限制可以通过使用电阻、保险丝、开关或PPTC器件来实现。目前很少采用电阻保护方案，因为它会在正常电流状态下产生过大的电压降。有可能采用一次性保险丝方案，但是这种保护易于损坏，而且必须在发生故障后予以更换。双金属开关的局限性在于它存在反复接通，并有可能导致触点熔连故障。在很多汽车应用中，最好的保护方案为PPTC器件，这种器件在正常工作状态下呈现低阻抗，而在发生故障时呈现高阻抗。

PolySwitchPPTC器件广泛用于IEEE1394应用，经常为计算机、外设和便携式电子设备提供可复位式电路保护。在汽车多媒体应用中，这种器件常用于为连接到汽车网络的GPS定位设备、CD换片机、音响和其它电子外设的输入输出接口提供电路保护(如图6)。

PPTC器件与传统的熔断器相似之处在于：能够在故障产生和持续状态下限制危险的大电流；而不同之处在于：在故障消除后和/或电路电源断开后，PPTC器件能够自行复位。另一项优点是这种器件较为小巧，能够直接安装在电路板上，并且可安装在电子模块、接线盒和配电中心部件内。

采用通用电子工业标准的车载产品能够有助于客户利用新面市的产品来升级汽车。而通用的总线也有助于汽车制造商在技术进步、不断超前汽车设计循环周期的情况中，解决由此引发的技术过时的问题。在热插拔汽车环境中，由于客户经常要在电源接口上连接和断开各种外设，所以明显存在发生短路损坏的潜在危险。而PPTC器件为这一问题提供了有效的过电流保护方案。这种可复位的电路保护器件也有助于制造商生产出安全可靠的产品，以满足管理机构的要求，并且降低产品保修和修理成本。

图6：PolySwitchPPTC器件可帮

助电路设计师满足电路设计的

安全需求，并为连接到车载网络

中的电源接口、远程信息处理设备和

便携式设备提供电路保护。

驱动电源设计范文篇5

信号处理电路本身也存在于低电压手持心电的前置信号放大结构中，其主要为手持心电的电极拾取饰件发出的信号进行接受以及处理和分辨等工作，同时有效的对心脏跳动的信号进行增益，对相关杂乱信号进行降噪处理。具体来讲，信号处理电路首先需要针对自身的抗极化电压进行设计，保证抗极化电压能够有效满足信号放大的要求，保证信号处理电路能够在满足信号增益的过程中满足低电压手持心电的正常工作情况，其具体的抗极化电压以及电路设置的增益情况应该根据实际情况进行选择和调整。一般抗极化电压设置为500mV；其次信号处理电路的设计需要保证电路的频率不会对心脏跳动信号的频率采集工作造成一定的影响，具有相应的杂频降噪功能，使用输入缓冲电路中的高精度运算放大器就能够有效的完成这一工作。同时注意好信号处理电路的失调电压设置工作，保证失调电压不会出现饱和情况，常规下信号处理电路的失调电压设置的最大线路为0.55mV。

2右腿驱动电路设计工作

右腿驱动电路的作用更多的是在低电压手持心电的运转过程中消除手持心电自身工作频率对心脏频率信号采集工作的干扰，使低电压手持心电在运转过程中能够提供更小的电能消耗以及拥有更小的输出摆幅。具体来讲，右腿驱动电路的设计应该保证手持心电电压最大的输出范围部队对手持心电的功能发挥造成影响，保证其在60uA的静态工作电流下仍然能够有效的发挥手持心电的具体功能作用。

3起搏脉冲检测电路设计工作

起搏脉冲检测电路的功能主要是对低电压手持心电中起搏脉冲信号的收集以及检测再到最终与A/D转换器的信号交换工作提供相应的电能，因此起搏脉冲检测电路的设计工作对于低电压手持心电的具体工作没有较大影响，只要注意到发挥其降低手持心电的功率消耗以及电能成本的优点就行。

4电源电路的设计工作

驱动电源设计范文篇6

关键词：全桥驱动器；高压IC；UBA2032T/TS；HID灯驱动电路

1概述

飞利浦公司推出的UBA2032高压单片IC是采用EZ－HVSO1工艺制造的一种高压全桥驱动器。UBA2032在全桥拓扑中通过外部MOSFET可以驱动任何一种负载，尤其适用于驱动高强度的放电HID灯如高压钠灯和金卤灯换向器等commutator。UBA2032的主要特点如下：

●内置自举二极管和高压电平移位器；

●桥路电压最高可达550V，并可直接从IC的HV脚输入高压，以为内部电路产生低工作电压，而无需附加低压电源；

●带输入启动延时，可利用简单的RC滤波器或来自处理器的控制信号产生延迟；

●振荡器频率可调节；

●只要BD脚上电压超过桥路截止门限1．29V，所有MOSFET都将被关断；

●为保证50％的占空因数，振荡器信号在馈送到输出驱动器之前应通过除法器；

●非交叠non－overlap时间可由自适应非交叠电路控制，最小非交叠时间可在内部固定；

●采用24脚SO封装UBA2032T和28脚SSOP封装UBA2032TS，引脚排列如图1所示。

图2UBA2C32T/TS内部结构方框图

2内部结构及工作原理

2．1内部结构及引脚功能

UBA2032片内集成有电压稳压器、振荡器、输入信号延迟和桥路禁止电路、控制逻辑、高／低压电平移位器、高端左／右驱动器和低端左／右驱动器等单元电路，图2所示是其内部结构框图。表1所列是UBA2032的各引脚功能。

表1UBA2032的引脚功能

符号引脚功能

UBA2032TUBA2032TS

-LVS11逻辑输入负电源电压

EXTRD22振荡器信号输入

+LVS33逻辑输入正电源电压

n.c4,6,16,19,214,5,7,18,19,22,24,25空脚

HV56内部低电源电压产生引脚

VDD79内部低电源电压

SU810启动延时输入信号

DD911除法器禁止控制输入

BD1012桥路禁止控制输入

RC1113内部振荡器RC输入

SGND1214信号地

GHL1315高端左边MOSFET栅极

FSL1416左边浮置电源电压

SHL1517高端左边MOSFET源极

GLL1720低端左边MOSFET栅极

PGND1921功率地

GLR2023低端右边MOSFET栅极

SHR2226高端右边MOSFET源极

FSR2327右边浮置电源电压

GHR2428高端右边MOSFET栅极

表2逻辑关系

器件状态输入（脚）输出（脚）

BDSUDDEXTDRGHLGHRGLLGLR

启动HXXXLLLL

LXXXLLHH

振荡HXXXLLLL

LLXXLLHH

LHHGLHHL

LHLLH

LHLLHLLH

LHHLLH

HHLLH

HLLHHL

备注：H为高电平；L为低电平；X表示无关

2．2工作原理

UBA2032既可从HV脚施加电压以产生内部低电源电压VDD11．5±2V，也可将低压电源直接连接到VDD脚此情况下HV脚必须连接到脚VDD或SGND。当VDD脚或HV脚上的电压高于释放功率驱动电平典型值分别为9V和12．5V时，桥路输出电压将由EXTDR脚上的控制信号来决定。表2列出了IC的状态及输入／输出之间的逻辑关系。一旦脚VDD或HV上的电压降至功率驱动复位电平分别为6．5V和10V以下，IC将进入再次启动状态。

当脚HV电压穿越释放功率驱动电平时，桥路将按照以下两点确定状态换向：

（1）高端左边和低端右边MOSFET导通，高端右边和低端左边MOSFET截止；

（2）高端左边和低端右边MOSFET截止，高端右边和低端左边MOSFET导通。

UBA2032可以在三种不同模式下产生振荡：

第一种是内部振荡器模式。在该模式下，桥路转换频率由外部电阻ROSC和电容COSC来决定。为实现50％的占空比，内部除法器应通过连接脚DD到SGND被赋能同时脚EXTDR必须与脚＋LVS、－LVS和SGND或VDD连接在一起。

第二种是不经内部除法器的外部振荡器模式。在该模式下，将脚RC短路到SGND可使内部振荡器截止。当外部信号源连接到脚EXTRD时，桥路频率将等于外部振荡器频率，而不是像内部振荡器模式那样，桥路频率为内部振荡器频率的1／2。

第三种为内部除法器的外部振荡器模式。在该模式时，为使内部除法器使能，脚RC、DD和脚SGND必须连接在一起，而此时全桥输出频率为外部振荡器频率的1／2，桥路换向则通过EXTRD脚信号的下降沿触发。

图3基本应用电路

3应用电路

3．1HID灯基本驱动电路

UBA2032主要是为驱动HID灯而设计的，图3所示是由UBA2032T组成的HID灯全桥驱动电路。在这个基本应用拓扑结构中，IC的桥路禁止、启动延时和外部驱动功能均未被利用，IC脚的－LVS、＋LVS、EXTDR和BD都短接到SGND。脚DD连接到SGND，内部2分频除法器被使能。由于使用了内部振荡器，桥路换向频率可由ROSC和COSC的数值决定：

fbridge＝1／Kosc．Rosc．Cosc

式中，常数Kosc为1．02。当IC脚HV上的电压超过12．5V（典型值）（时，振荡器开始工作。一旦脚HV上的电压降至10V（典型值）以下，那么，UBA2032T将进入启动状态。

像高压钠灯这类HID灯，通常需要3～6kV的高压脉冲才能使其启动引燃。因此，在全桥驱动器电路中，应附加点火启动器电路。在普通荧光灯电子镇流器中，灯启动通常利用LC串联谐振在电容两端产生一个1kV以上的高压施加到灯管上，以使灯管击穿而点燃。而HID灯启动电路则通常由带负阻特性的开关元件（如硅AC双向开关）、电容和升压电感器等元件组成，该电路可用来产生数千伏的高压点火脉冲。

图4汽车前灯驱动电路

3．2汽车前灯驱动电路

驱动电源设计范文篇7

关键词：电荷泵；自动上线；驱动器；收发器

1概述

SP3223E／3243E是SIPEX公司生产的RS－232收发器，它支持EIA／TIA－232和ITU－TV．28／V．24通信协议，适用于便携式设备使用（如笔记本电脑及PDA）。SP3223E／3243E内有一个高效电荷泵，可在单＋3．0V～＋5．5V电源下产生±5．5V的RS－232电平，该技术已申请了美国专利（专利号为U．S．－－5306954）。满负载时，SP3223E／3243E器件可工作于235kbps的数据传输率。3．3V时仅需0．1μF的电容。SP3223E是一个双驱动器／双接收器芯片，SP3243E则是一个三驱动器／五接收器芯片，是笔记本电脑或PDA的理想器件。SP3243E包含一个总是处于激活状态的补充接收器，可在关断状态下监控外设（如调制解调器）。由于具有自动上线特性，因此，当其与一个相关外设之间接上RS－232电缆并处于工作状态下时，设备会自动醒来。否则，如果电流不足1mA，设备会自动关断。

SP3243E包含一个补充接收器，当电源断开时，该接收器可保护UART或串行控制器芯片。SP3223E和SP3243E是敏感电源设计的理想选择。SP3223E和SP3243E的自动上线电路减少了电源电流降到1mA以下的可能性。在大多数便携式应用场合，RS－232电缆可被断开或是将外设关闭。在上述情况下，其内部的电荷泵和驱动器也会被关闭。否则系统会自动上线工作。这样，设计人员就可在不改变主要设计的情况下节省电源损耗。

SP3223E／3243E的主要特点如下：

●在＋3．5V～＋5．5V单电源下符合EIA／TIA－232－F标准。

●可十分方便地在EIA／TIA－232标准下使用，而且在EIA／TIA－562标准下使用时，其电源可降至＋2．7V。

●在睡眠状态下，当关断电流达到1μA时，自动上线电路会被唤醒。

●有负载时的最小数据传输率为120kB／s。

●尽管电源范围波动，由于电荷泵可调，RS－232输出仍较稳定。

●带有以下ESD防护功能：

＋15kV人体模式；

＋15kVIEC1000－4－2空间放电；

＋8kVIEC1000－4－2接触放电。

2SP3223E／3243E的引脚说明

SP3223E／3243E有DIP、SSOP、SOIC、TSSOP等几种不同的封装形式，图1为DIP封装的管脚排列。

3结构原理

SP3223E和SP3243E系列器件内部由驱动器、收发器、SIPEX专有电荷泵、自动上线电路四个基本电路块组成。

3．1驱动器

驱动器实际上是一个反转电平发送器，可用于把TTL或CMOS逻辑电平转换成5．0VEIA／TIA－232电平，以使其与输入的逻辑电平正好相反。该驱动器遵从EIA－TIA－232F和所有以前版本的RS－232协议。

驱动器可工作在数据传输率为235kbps的情况下。在3kΩ负载与1000pF电容并联的满负荷情况下，其数据传输率为120kbps，并可保证PC—PC之间通信软件的协调性。驱动器的输出变化率被内部限制为最大不超过30V／ms，以符合EIA标准(EIARS－232D2．1．7第5段)。实际上，负载输出从高电平变为低电平也符合此标准。

3．2接收器

接收器可将±5．0V的EIA／TIA－232电平转换为TTL或CMOS逻辑输出电平。所有接收器的反转输出都可通过EN引脚被禁止。当自动上线电路有效或系统为关闭状态时，接收器处于激活状态。当系统关闭时，接收器始终处于激活状态。如果接收器在超过100μs的时间里没有参与任何活动或是SHUTDOWN为低电平，芯片会进入待命状态，此时电流会降到1μA以下。驱动EN上的逻辑高电平可使接收器输出端进入高阻状态。

由于经过了电缆线和系统接口的衰减，接收器输入的信号有一个典型值为300mV的滞后区域。这一特性可确保接收器免于噪声干扰。设计时，一个输入端应悬空，内置的限流电阻应接地，接收器的输出端应为高电平。

3．3电荷泵

电荷泵是SIPEX公司的专利技术(专利号U.S.5,306,954)，与过去不成熟的设计相比，它采用了独一无二的新技术，该电荷泵需要四只外接电容，它使用四相电压变换技术来获取对称5．5V电源。内部电源由可调电荷泵组成，可提供5．5V输出电压。

电荷泵使用的一只内部振荡器通常工作在离散方式下。输出电压不足5．5V时将启动电荷泵。如果输出电压超过5．5V,电荷泵将停止工作。其内部的振荡器主要用于控制四相电压的变化。

3．4自动上线电路

SP3223E／3243E器件可在关闭期间通过板上自动上线电路节约能量，可应用在笔记本电脑、掌上电脑PDA和其他便携式系统中。通过SP3223E／3243E器件内置的自动上线电路，器件可在外部发送器打开和接上电缆后自动处于工作状态。另一方面，当器件未被使用并进入待机状态，且电流降至1μA以下时，自动上线电路会使大多数内部电路处于无效状态。这项功能也可通过ONLINE引脚为逻辑低电平时激活自动上线功能来控制。一旦该功能被激活，器件将处于有效状态直至接收器输入端无任何活动。接收器输入端至少有±3V的电压可由电缆另一端的至少为±5V的发送器产生。当外部发送器为无效或电缆断开后，接收器输入将被内部5kΩ电阻下拉接地。而当超过一定时期后，内部发送器将无效，器件进入关闭或待机状态。当ONLINE为高电平时，自动上线方式无效。

4典型应用电路

驱动电源设计范文篇8

关键词：气体放电；电弧等离子体；负阻特性；恒流特性

1概述

飞行器在高速飞入太空时，在其周围会形成一种极其复杂的等离子鞘套，鞘套厚度约为10cm左右，该鞘套会吸收或者反射电磁波，从而造成飞行器与外界的通信信号衰减甚至中断，即黑障效应。所以产生等离子体研究这种现象非常有意义。此外，电弧等离子体因具有温度高（达30000K）[1]、能流密度大和良好的控制性等特点，现已在节能、减排、增效、环保等多领域备受青睐[2]。目前，工业发达的国家已将等离子体技术应用在工业固废处理、切割、焊接、冶炼及点火等众多领域[3]，国内也正在推广使用。要实现等离子体技术的全面推广，具有高可靠性和优良控制性能的大功率等离子体激励电源是其关键。在工业生产中，获取等离子的方式虽然有很多种，但是归结起来主要有3种[4]：即热电离、光辐射电离和放电电离，放电电离有时称场致电离，但在航空航天领域一般采用放电电离的方式来获取稳定的等离子体。根据电源-电弧理论以及等离子体在实际工况的应用情况，电弧等离子体负载呈一种负阻特性，要保证其能量可持续保持在几百千瓦或几兆瓦，放电电源需长时间工作在高压大电流状态。一般保持3mm左右的等离子体流，起弧电压约5kV，电流约1A；维持电压约300V，电流约160A，且需要在其范围内可连续可调。放电电源主功率电路采用了三相桥式全控整流电路，利用晶闸管较大的单管容量和较强的抗浪涌能力来满足电弧等离子体对放电电源这种苛刻的供电要求，并采用运算速度快、抗干扰能力强的数字控制系统对其进行控制，提高了放电电源的可靠性和灵活性。

2放电原理及系统构成

从电弧等离子体工作原理来分析，交流激励和直流激励均可使放电电极之间的气体被击穿[5]，发生放电现象。交流激励一般采用工频变压器直接升压后将其气体击穿，但因存在体积大、消耗铁铜金属材料较多、对电网冲击厉害且功率因数极低而很少被采用。随着新电磁材料和新控制理论的不断出现并应用在开关电源中，以及与电力电子技术相关的其他学科不断改进和飞速发展，直流激励一般采用开关电源的方式获取直流电，但是由于开关电源在逆变环节所使用的开关器件大多为IGBT或MOSFET，因其单管容量较小，所以在大功率放电电源中只能采用开关器件串并联的方式工作，由于所选用开关器件的参数和静态特性不可能完全一致，实际使用时必须对其进行串联均压和并联均流的措施来弥补这种不足，不仅使电源系统复杂化而且因环节较多使系统的可靠性也大大地降低。基于现有等离子体激励电源的不足，设计了一种额定输出电压为500V，额定输出电流为300A的放电电源，主功率电路拓扑结构为三相全控整流桥，主电路原理图如图1所示。主电路主要内容涉及进线交流接触器、工频整流变压器、三相整流桥电路、RC吸收电路和低通LC滤波电路。工作原理为：当主电路上电且接收到外部控制面板的合闸信号时，进线侧的交流接触器触点吸收，主电路通电。工作时每个周期整流桥晶闸管器件均按照VT1、VT2→VT2、VT3→VT3、VT4→VT4、VT5→VT5、VT6→VT6、VT1的导通规律工作，每个晶闸管在一个工作周期内都导通120°。2．1整流桥输入线电压。（1-1）2．2整流臂晶。闸管平均通态电流（1-2）电力电子器件抗电流浪涌能力都较差，晶闸管也不例外，在其开关瞬间或过载工作时，会流过大于器件额定值的工作电流，器件极易因管芯温度迅速升高而烧坏，且过电流是电力电子电路最容易发生且最容易损坏器件的主要原因之一；同时电力电子器件对电压也是十分敏感，一旦外加电压超过器件最大额定电压时，器件会立即被损坏，而过电压在实际工作时经常发生，如激励电源进线交流接触器分/合闸、晶闸管换相和关断以及雷电均会引起过电压，所以为了确保电路可以安全可靠的工作，在工程实际中，选取管子额定电压和电流时一般都会考虑2~3倍的安全裕量[6]。此外，由于等离子体激励电源对效率的要求较高，如果选择容量较小的晶闸管让其在接近管子额定值时长期工作，不仅会缩短器件的寿命，且工作效率也较低。通过以上计算和分析，最终选择了中国中车集团公司生产的扁平式晶闸管，型号为：Y38KPJ，该晶闸管通态平均电流，IT（AV）=100（A），反向重复峰值电压VRRM=3000（V），dv/dt=1000V/μs，di/dt=100A/μs，断态漏电流范围为34~39mA。2．3RC吸收电路。激励电源整流桥晶闸管采用了RC吸收电路对其进行过电压保护，缓冲电路直接并联在其每个晶闸管的阴阳极之间，既能对整流臂晶闸管瞬态过电压吸收，又可抑制开关管在导通时正向电压上升率，RC参数计算如下：（1-3）（1-4）（1-5）式中：CS—整流桥RC吸收电路电容（μF）IT（AV）—阀侧器件额定正向平均电流（A）RS—整流桥RC吸收电路电阻（Ω）PRS—RC吸收电路功率损耗（W）f—电源频率（Hz）UARM—臂反向工作峰值电压（V）ns—每个整流臂串联晶闸管个数换相吸收电阻R01-R06最终选择了30W/10欧姆线绕电阻，换相吸收电容C01-C06为0.5μF/750V的CBB电容。

3控制系统

等离子体激励电源的控制系统是以CPLD和PLC为核心，将CPLD较强的运算能力、可灵活重复编程性和PLC超强的抗干扰能力结合在一起，设计了一套高效率、高性能、高精度的控制系统。控制系统结构及功能图如图2所示，内容涉及了同步信号采集电路、驱动电路、输出电压电流检测电路、保护电路、监控电路以及外部控制面板功能。两个控制器分工明确，CPLD主要负责将采集回来的各种信号通过运算并结合外部有无故障，给主功率电路发送触发脉冲[7]；主电路正常工作时，将采集回来的电流信号经PID运算后发出相应移相角度的控制脉冲，实现系统的恒流调节；当检测到主电路有故障发生时，立刻封锁脉冲，对其进行保护。PLC主要负责与上位机通信，将系统在运行时实时情况传给上位机，便于后续工作人员对系统工作情况的分析；此外，还负责系统电流给定调节、分/合闸操作、上电解/封锁脉冲、本地控制和远程控制的切换以及复位功能。

4驱动电路

驱动电路作为功率主电路和控制电路的接口电路，是电力电子系统设计的重要环节，不仅需要有较强的隔离能力，还需将控制信号功率放大。隔离电路一般采用光隔离或电磁隔离；光隔离一般采用光耦器件，光耦实质是将发光二极管和光敏晶体管封装在一起，不仅会使控制发生延时还会使其波形发生畸变。在强激励下，前沿波形较好，后延畸变厉害；激励不足时，前沿波形畸变厉害，后沿波形较好。从而影响开关器件的开通和关断时间，所以实际用于中一般需将光耦输出的信号经整形电路后才可使用，整形电路一般采用施密特电路，这就会使控制系统复杂化。由CPLD直接输出的控制脉冲，因主电路三相整流桥中被触发的晶闸管阴极电位有很大的差别，所以控制脉冲不可直接送至被控晶闸管的门-阴极，更重要的晶闸管属于电流型器件，需要一定的功率才可将其可靠触发，而CPLD输出电流能为数10毫安，根本无法直接去驱动晶闸管。设计的驱动电路如图3所示。图3中当来自移相触发板的脉冲g1为低电平时，晶体管T1截止，脉冲变压器T0的原边无电流流过，此时二次侧无感应电压，所以驱动电路的端口（G1、K1之间）无触发脉冲出现；一旦控制脉冲g1变为高电平，晶体管T1导通，则脉冲变压器T0原边就会有电流流过，其二次侧便有感应电压，该脉冲电压经二极管VD2、VD3整形并削去负半波后提供给被触发晶闸管，使其被可靠触发。图3中二极管VD1及稳压管Z1、Z2构成给脉冲变压器在脉冲消失时的电感能量提供一通路，由于稳压管Z1、Z2的存在，保证了耦合到脉冲变压器T1二次侧的脉冲为正负脉冲，防止了脉冲变压器的饱和。另外电阻R2、C1构成抗干扰网络，防止干扰脉冲造成晶闸管的误触发；图3中R1、VL1支路用来为电路正常工作时提供指示，使在工作时，没有接入示波器的情况下仍可随时了解到触发脉冲是否正常。

5实验与分析

图4为在实际工况下主电路带载时测得晶闸管VT1门阴极两端的驱动信号，由图4可知，驱动脉冲前沿很陡，宽度为18°，最大幅值为3.5V，强触发时间约为250μs，稳定触发脉冲约为600mV，可以可靠、有效地控制晶闸管的导通。为了保证晶闸管可靠地导通，在上下桥臂晶闸管换相时，给还需继续导通的晶闸管补发一个脉冲，即采用双窄脉冲控制方法，如图5所示，从图5中可以看出两触发脉冲前后沿相差约60°。晶闸管导通角最大时，电弧等离子体负载两端的电压波形如图6所示。

6结语

所设计的电弧等离子体激励电源具有可靠性高、抗干扰能力强和结构简单的优点。经长时间在实际工况中的应用效果表明：该等离子体激励电源在气体放电过程中有良好的恒流特性和稳弧特性，即工作时电弧等离子体稳定、无抖动闪烁。

参考文献

[1]陈要玲.IGBT逆变式等离子弧切割电源[D].兰州理工大学,2008:2-4.

[2]王振民,等.高效电弧等离子体技术及其应用[M].华南理工大学出版社,2018.

[3]MurphyAB,ColomboV,MostaghimiJ.Arcwelding,plasmacuttingandplasmaspraying[J].JournalofPhysicsDAppliedPhysics,2013,46(46):220-301.

[4]郑春开.等离子体物理[M].北京：北京大学出版社,2009：20-21.

[5]王兆安,张明勋.电力电子设计和应用手册[M].北京:机械工业出版社,2009.

[6]王兆安,刘进军.电力电子技术[M].北京：机械工业出版社,2009.

驱动电源设计范文篇9

关键词：电子巡更系统信息钮扣USB接口设备驱动程序

电子巡更系统是智能楼宇中保安系统的一个子系统。保安巡更时，需按指定的路线和时间，依次以达各个巡更点进行巡更。在此系统中，各巡更点设有信息钮扣，保安用巡更机读取信息钮及当前时间。巡更完毕后，将巡更机交至安保中心，使之与计算机的USB接口相连，将存储在巡更机中的巡更数据输入计算机。所以，通过它可以了解保安的巡更情况，有效地管理和督促保安的工作。

1996年，Intel、Microsoft、IBM等七家公司共同推出USB1.0通用串行接口标准，随后带USB接口的产品陆续出现。USB接口具有速度快、支持热插拔和即插即用、易扩展、可提供总线供电等优点。

基于USB接口的诸多优点和本设计中巡更机的特点，我们在设计巡更系统时，采用了USB接口。该电子巡更系统具有使用方便、数据传输速度快、易扩展、充电方便、功耗低、性价比高等优点，有效地解决了传统巡更机的不足。

图1巡更机硬件原理框图

1电子巡更系统硬件设计

针对电子巡更系统的特点，为了降低开发成本，提高系统的性价比，本设计采用MCU+USB接口芯片的方案。MCU采用Atmel公司的AT89C52单片机，可以设置成低功耗方式。USB接口芯片采用Philips公司的PDIUSBD12。带USB接口的电子巡更系统硬件原理框图如图1所示。其中DS1302为高性能、低功耗、宽电压、带有RAM实时时钟芯片，它适合于工作电池供电设备的系统时钟。这里MCU通过它读了当前时间；24LC64为低功耗、宽电压、64Kb、支持I2C协议的串行CMOS电可擦除程序存储器EEPROM，这里用于存储巡更点信息钮扣的ID值和读取信息钮扣时间数据。DS1990A外形上是一种圆形不锈钢器件，内部存有64b的二进制代码，以此代码作为巡更点的ID值。DS1302和24LC64电压工作范围为2.5～5.5V，以I2C总线和MCU通信。DS1990A以单总线（1-Wire总线）和MCU通信。

本系统中巡更机采用3.6V可充电电池供电，充电电源由USB接口的5V电源线提供，电源电压监测电路如图2所示。其吕AMS1117是一个DC-DC电压变换器，其输入端为USB接口的5个电源线，输出端为3.3V电压，以此电压为3.6V电源充电。MAX9117是一个带有1.245V基准电压（Vref）的比较器。当电池电压下降到3V以下时，LED点亮，指示电量不足。

PDIUSBD12是一种性能优化的USB器件。它是一种与微控制器进行通信的高速爱用并行接口，它同时也支持本地DMA传输。设计人员可以在各种不同类型的微控制器中选择出最合适的微控制器，而且不需要专用的开发设备。这种组件方式增强了系统开发的灵活性，减少了开发时间、风险和费用，是开发USB外设的一种快捷和经济的途径。PDIUSBD12符合USB1.1规范，也符合大多数在规范，如成像类、大容量存储类、通信类、打印类和人工输入设备等。因此，PDIUSBD12非常适合数设备，如打印机、扫描仪、外部大容易存储器（Zip驱动器）和数码相机等的接口芯片。它使得当前使用SCSI的系统可以立即降低成本。

2电子巡更系统软件设计

2.1巡更机固件程序

巡更机固件程序从功能上主要分为两部分。

①信息钮扣的读取操作程序。这一部分实现MCU主器件的初始化、读取信息钮以及对DS1302和24LC64的读写操作。调试时要注意I2C总线的时序问题。巡更机固件程序采用C语言编程。信息钮读取操作程序流程如图3所示。

②MCU和USB接口的通信程序。这一部分程序要实现将24LC64中的数据经USB接口读入到上位计算机中。USB接口芯片PDIUSBD12的端点适用于不同类型的设备，可通过命令配置为4种不同的模式：模式0（非同步传输）、模式1（同步输出传输）、模式2（同步输入传输）和模式3（同步输入输出传输）。PDIUSBD12带有三个端点，即端点0、端点1和端点2。这里仅列出模式0（非同步传输）时各端点的配置表格，如表1所列。

表1模式0各端点配置

端点号端点索引传输类型端点类型方向最大数据包容量/B

00

1控制输出

控制输入缺少值输出

输入16

16

12

3普通输出

普通输入普通

普通输出

输入16

16

24

5普通输出

普通输入普通

普通输出

输入64×2（双缓冲区）

64×2（双缓冲区）

本程序设计时，使用PDIUSBD12的端点1和端点2进行上位计算机与巡更机MCU之间的命令和数据的传输。端点1和端点2设置成模式0，其中端点1进行命令的传输和应答，端点2用于数据的传输。端点1接收上位计算机发送过来的8字节的读指令，指令正确回应后，使用端点2返回读成功数据。通信中所使用的端点情况如图4所示（括号内为使用的端点号）。

PDIUSBD12收到上位计算机的数据包时，就以中断的方式通知巡更机的MCU。固件程序工作过程如下：当PDIUSBD12从USB收到一个数据包时，PDIUSBD12就会对MCU产生中断请求，MCU立即响应中断。巡更机固件程序将数据包从PDIUSBD12内部缓冲区移到数据缓冲区，并清零PDIUSBD12的内部缓冲区，以使之能接收新的数据包。在断处理程序中，MCU判断产生的中断类型，并进行相应的处理。其中断程序流程如图5所示。

2.2巡更机驱动程序

Windows98和Windows2000已经为一些USB标准设备提供了驱动程序，巡更机目前还不是标准的计算机外设，所以必须针对巡更机的特点来编写驱动程序。本设计中巡更机驱动程序是通过WindowsDDK来开发的，它是Microsoft公司提供的一个开发Windows驱动程序的工具，DDK提供了编译驱动程序的环境。该巡更机的驱动程序是WDM类型的，采用VC++编程。

驱动程序中对USB进行操作的请求都应调用系统例程，将其转化为一个URB结构，即USB请求块（USBRequestBlock），然后使用系统级的IRP将其提交。该驱动程序由四个模块组成：初始化模块、即插即用管理模块、电源管理模块和I/O控制模块。

①初始化模块。DriverEntry为驱动程序的入口处，通过它来执行大量的初始化函数。

②即插即用管理模块实现设备的热插拔和动态配置。驱动程序初始化完成后，接着对设备进行初始化，这主要是通过即插即用（PnP）管理器调用驱动程序中的AddDevice和IRP_MJ_PNP两个例程来完成的。当驱动程序从PnP管理器中收到IRP_MN_START_DEVICE请求时，驱动程序启动设备，并且准备好处理I/O操作。

③电源管理模块负责设备的唤醒和挂起。电源管理器（powermanager）从整个系统的角度来管理电源，所有与电源相关的IRP都是由它发出的，它发出的请求包可以指定一种新的电源状态以及查询或更改一种状态。支持电源管理的驱动程序，在最大程序地帮助Windows合理地利用资源方面起着重要作用。值得注意的是，与电源相关的IRP必须在同步操作上有非常严格的要求。例如，任何时候在一个PDO（物理设备对象）中。只能有一个IRP_MN_QUERY_POWER或者IRP_MN_SET_POWER；电源IRP的处理要尽可能地快等。

④I/O控制模块完成输入输出请求的大部分功能。设备的控制由设备控制例程（IRP_MJ_DEVICE_CONTROL）负责，主要是对设备进行一些操作命令的发送或者标志的读取。数据读写主要由IRP_MJ_READ和IRP_MJ_WRITE两个例程完成，只需在AddDevice中申请一个符号链接，并且在StartDevice中将此符号链接激活即可。

2.3应用程序设计

在Win32系统中，每一个设备对象都抽象为文件，此时的应用程序只需通过几条简单的文件操作API函数，就可以实现与驱动程序中某个设备的通信。在本设计中，应用程序是该电子巡更系统的中心，采用VisualC++编程。其主要功能有：启动或关闭USB设备、检查USB设备、设置巡更参数、从巡更机中读取数据以及显示、比较、存储数据等。

驱动电源设计范文篇10

关键词：可靠性仿真技术；课改要求；任务驱动；电路设计

1基于可靠性仿真技术的电路设计需求分析

基于可靠性仿真技术的电路设计主要是以虚拟仪器设备替代现实电子元器件，从而为电子电路的实践教学提供有效支撑，从而更好了践行“理实一体化”的教学理念，促进学生实践技能的提升，促使课程回归教学的本质。1.1实践性教学开展的内在需求。基于可靠性仿真技术的电路设计，学生可以参与拟订设计方案、仿真模拟等环节，从电路的设计方案、仿真模拟等环节，能够将晦涩难懂的理论知识与实践知识相结合，帮助学生提升实践技能。1.2实现层次化和差异化教学的必然选择。关涉电路设计的技术型教学内容涉及的元器件较为繁杂，且不同元器件性能、参数、封装形式、价格、功耗等存在较大区别，在教学过程中需要反复的实验、测试，这增加了设备投资成本，而且因为学生个性化差异，学习、接受能力各不相同，加之电子元器件复杂程度的不同，应该据此分层次设定目标，以贴近生活、学生所喜爱的教学内容，以“任务驱动”的形式引导学生进入知识和技能的学习，但这势必增加电子元器件的投入，而仿真模拟电路的设计可以利用仿真软件呈现电子电路的操作面板和功能，并通过交互式操作完成相应测试任务，不仅满足了教学需求，而且控制了教学成本。

2基于可靠性仿真技术的电路设计方案

2.1电路设计的整体流程。可靠性仿真技术可以检验电路存在的故障并发现设计的薄弱环节，从而有针对性的进行改进，为了遵循由简入繁的原则，以有效调动学生学习热情和积极性，本文以典型电路电源模块设计为例，设计过程中首先应该进行可靠性仿真实验，其具体的流程如图1所示。2.2电路设计的具体步骤。2.2.1设计信息采集。为了实现电源电路的优化设计，应详细搜集其应用环境和使用方法等信息，具体包含所采用的元器件、原材料特性2.2.2数字样机建模。电路设计中数字样机建模须采用专业软件实现，但因为学生学习、接受能力存在差异，应该目标层次，将设计过程进行分解，并以“任务驱动”的形式，将不同设计知识分配到各个任务之中，让学生通过分步设计完成理论知识的实践应用，由此才能确保电路设计学习的效果，通常存在热设计信息和振动设计信息两类建模方式，具体的建模步骤为：首先根据将所获取的电路信息进行简化，完成CAD数字样机模型的构建，并依据热设计信息建立CFD数字样机模型，而后依据振动设计信息建立FEA数字样机模型。其次，为确保CFD数字样机与物理样机的一致性，须对其进行修正与验证，利用对电源模块工作状态热测量的方式，获取其关键元器件点温度测试数据，并根据所得结果修正电源模块CFD数字样机的边界条件、期间参数，由此实现对CFD数字样机的修正。再次，同理，也须采用相同的方法对FED数字样机进行修正，且测试过程中，应该在约束条件下对电源模块重点部位，关键元器件进行模态分析，并依据结果完成修正。2.2.3应力分析。温度应力分析选用MentorGraphics公司的FloTherMV90分析计算电源模块CFD数字样机模型，经过分析可知，电源模块设计中如元器件排布不合理，则会导致电路设计存在热分布过度集中的缺陷。分析中，平台环境温度70℃设定为第一参考温度条件，电源模块表层军温度72℃设为第二参考温度条件，经过分析，为电源模块所在分级提供5V工作电源的功率器区域，是热分布较集中的部位，需要修正电路设计方案。而对于振动应力分析，则选用ANSYS公司的ANSYSWorkbench12.1分析计算电源模块FEA数字样机模型，分析结果显示，电源模块中元器件数量和重量排布、安装方式设计不合理，使得电源模块产生局部共振的设计问题，应该据此进行及时修正，以优化电路设计。

3结束语

本文将可靠性仿真技术引入电路设计之中，将电路细化分类，并根据学生个体差异由简入繁、逐步引导，实现了教学目标的分层实现，也将培养学生的实践技能真正落实到实处。

作者:宋月丽 刘立军 单位:辽宁机电职业技术学院

参考文献

[1]王朝新,任斌,陈洁,董绪.基于虚拟实验平台的模拟电子技术课程设计开发与仿真[J].电子设计工程,2012,14:44-47.