高頻感應加熱電源的驅動(dòng)電路設計

就目前國內的感應加熱電源研發(fā)現狀而言，高頻感應加熱電源是主流的研發(fā)設計方向，也是很多工程師的工作重點(diǎn)。在今天的文章中，我們將會(huì )為大家分享一種基于IR2llO芯片的高頻感應加熱電源驅動(dòng)電路設計方案，希望能夠通過(guò)本次的方案分享，幫助大家更好的完成研發(fā)設計工作。

在本次所分享的高頻感應加熱電源驅動(dòng)電路設計方案中，我們使用芯片IR2llO用于該種驅動(dòng)半橋串聯(lián)諧振逆變器的電路設計，如下圖圖1所示。從圖1中我們可以看到，在該電路系統中，VD是自舉二極管，采用恢復時(shí)間幾十納秒、耐壓在500V以上的超快恢復二極管10Ia16。CH是自舉電容，采用0.1μF的陶瓷圓片電容。CL是旁路電容，采用一個(gè)0.1μF的陶瓷圓片電容和1μF的鉭電容并聯(lián)DD、VCC分別是輸入級邏輯電源和低端輸出級電源，它們使用同一個(gè)+12V電源，而VB是高端輸出級電源，它與VCC使用同一電源并通過(guò)自舉技術(shù)來(lái)產(chǎn)生。在這里由于考慮到了在功率MOSFET漏極產(chǎn)生的浪涌電壓會(huì )通過(guò)漏柵極之間的米勒電容耦合到柵極上擊穿柵極氧化層，所以在T1、T2的柵源之問(wèn)接上12V穩壓管D1、D2以限制柵源電壓，以此來(lái)保護功率M0SFET。

負偏壓與功率擴展電路

在了解了這種高頻感應加熱電源的半橋串聯(lián)諧振逆變器設計圖之后，接下來(lái)我們來(lái)看一下如何完成負偏壓與功率擴展電路的設計工作。下圖中，圖2給出了具體的負偏壓與功率擴展電路。虛線(xiàn)右邊為功率擴展電路，采用兩對P溝道和N溝道MOSFETQ1、Q3和Q2、Q4，組成推挽式輸出結構。這是一個(gè)高輸入阻抗的功率緩沖器，可以產(chǎn)生8A峰值輸出電流，并且靜態(tài)電流是可以忽略的。

在這一負偏壓與功率擴展電路設計的運行過(guò)程中，當輸入信號為高電平時(shí)，Q2的柵極也為高電平，從而Q2導通，這就使得Q3的柵極變?yōu)榈碗娖?，這樣Q3就導通，則輸出也為高電平;當輸入信號為低電平時(shí)，Q1導通，這就使得Q4的柵極變?yōu)楦唠娖?，這樣Q4就導通，則輸出也為低電平。其中，Q1、Q2對Q3、Q4來(lái)說(shuō)是一個(gè)低電流的驅動(dòng)器，Q3、Q4是輸出晶體管，它們的大小可以依據輸出峰值電流的需要來(lái)進(jìn)行選擇。當輸入信號改變狀態(tài)時(shí)，R1限制在幾納秒時(shí)問(wèn)內兩晶體管同時(shí)導通時(shí)通過(guò)Q1、Q2的電流。當輸入轉變到一個(gè)新的狀態(tài)時(shí)，驅動(dòng)器晶體管迅速釋放掉柵極的電荷，強制輸出晶體管關(guān)斷。與此同時(shí)，另一輸出晶體管的柵極迅速被R1充電，由R1和輸出晶體管的輸入電容所構成的RC時(shí)間常數將會(huì )使導通延遲。

在上圖圖2中，我們可以看到，該系統的虛線(xiàn)左邊設計是負偏壓電路。在這一負偏壓電路系統中，D1、C1和R2對Q2來(lái)說(shuō)是一個(gè)電平轉換器，C1、C3、D2和D3把輸入信號轉換成負的直流電壓，從而形成負壓偏置。下圖圖3給出了此電路具體的實(shí)驗結果。其中，通道1是IR2110輸出的驅動(dòng)信號波形，通道2是該驅動(dòng)信號經(jīng)過(guò)負偏壓與功率擴展電路后的輸出波形。

驅動(dòng)信號占空比調節電路

在本文所設計的高頻感應加熱電源驅動(dòng)電路系統中，這種基于IR2110芯片所設計的半橋串聯(lián)諧振逆變器，主要采用M0SFET作為主開(kāi)關(guān)器件，功率器件MOSFET在電路中的設計見(jiàn)圖1中的T1、T2。在這種半橋串聯(lián)諧振逆變器的控制電路中，我們主要采用鎖相環(huán)電路來(lái)實(shí)現頻率跟蹤，但是，在這種電路系統中，鎖相環(huán)MM74HC4046輸出信號的占空比為50%，若將其直接加到IR2110輸入端的話(huà)，那么輸出驅動(dòng)信號的占空比也是50%，將其加到主開(kāi)關(guān)器件T2、T2的門(mén)極之后，驅動(dòng)信號將會(huì )受到線(xiàn)路雜散電感、寄生電容以及該MOSFET輸入阻抗、內部寄生電容等的影響，使得占空比超過(guò)50%，從而無(wú)法設置正確的死區，不能滿(mǎn)足半橋串聯(lián)諧振逆變器的正常驅動(dòng)要求。

想要解決該電路系統中的占空比問(wèn)題，我們可以使用一個(gè)相對而言比較簡(jiǎn)單的方法，那就是在驅動(dòng)電路的前級加占空比調節(死區形成)電路。將加到IR2110輸入端的驅動(dòng)控制信號的的占空比變得小于50%，使得加到T1、T2門(mén)極驅動(dòng)信號的占空比可靈活調節至略低于50%，從而可以產(chǎn)生滿(mǎn)足實(shí)際應用需要的死區。具體的電路如下圖圖4所示。

通過(guò)圖4所展示的占空比調節電路圖中我們可以看到，在添加了調節電路后，這種高頻感應加熱電源的電路系統中，頻率跟蹤電路輸出的占空比為50%的方波信號經(jīng)兩級74HC14整形后，分別送人上升沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器74HC109和由RC組成的死區調節電路，兩者的輸出分別相與，就可以得到如圖4所示的兩組驅動(dòng)控制信號，將它們分別送入IR2110的高、低輸入端，就可以得到滿(mǎn)足實(shí)際使用要求的驅動(dòng)信號翻。

下圖中，圖5所顯示的是經(jīng)過(guò)這種占空比電路調節后的IR2110高、低端驅動(dòng)信號。在具體的應用過(guò)程中，工程師可以根據實(shí)際占空比的需要，通過(guò)調節電位器而得到不同的死區信號，因而也就可以得到不同占空比的驅動(dòng)信號，也就是可以得到不同死區的驅動(dòng)信號。經(jīng)過(guò)測試，此電路可以工作在50kHz~5MHz頻率范圍內，占空比可以在25%一50%之間調節，它可以滿(mǎn)足絕大多數應用場(chǎng)合。

以上就是本文所分享的一種基于IR21l0芯片的高頻感應加熱電源驅動(dòng)電路的設計，希望能夠對各位工程師的設計研發(fā)工作有所幫助。