㈠ IR2132的原理及其应用，高手们教教小弟
基于IR2132驱动器的TMS320LF2407A测试板驱动电路,由自保护和过电流及欠电压保护组成,并选择长线传输分配脉冲信号.电流在反馈电阻上产生的电压超出设定值时,IR2132启动内部保护电路,关断输出通道,实现电流保护.若负载或驱动电路出现过电流或欠电压,IR2132的FAULT引脚输出制动信号,拉低PDPINT引脚输入电平,关断DSP输出通道并置为高阻态,实现整个控制电路保护.
开关电容变换器是一种典型的无感变换器，它不含任何磁性元件，仅由电容和开关管组合起来，因此这种变换器具有体积小、重量轻等优点。开关电容网络在功率因数校正(PFC)、滤波等方面都有广泛的应用，但在直流无刷电机驱动电路中的应用还相对较少，本文提出用开关电容变换器作为直流无刷电机驱动模块中自举电容的充电泵电路，并做了详细的理论分析和电路设计。
直流无刷电机的主电路一般为三相桥式变换器，在传统的驱动方法中，高端的三个开关管都必须有各自的独立驱动电源，这样就使整个电路的体积及复杂性大大增加。对于专门用于桥式变换器的驱动芯片（如IR2110,IR2132 等），可以在仅用一个独立电源的情况下，通过自举电容来为高端开关管的驱动电路供电[1]。这种通过自举电容供电的方法虽然简单，但也有其局限性：开通时间和占空比受限于自举电容的再充电，开关管只能工作在导通频率比较高的情况下，如果开关管长时间导通和占空比较大时，就需要有充电泵电路来给自举电容充电。本文提出了用开关电容变换器作为充电泵为驱动模块中自举电容充电的方法，通过对电路拓扑和控制策略的合理设计，能使自举电容上的电量始终保持在一定的范围内，从而确保MOSFET 在频率很低的情况下也能被完全驱动。
最后对文中提出的理论和电路拓扑进行了仿真和实验验证，证明了本文所设计的开关电容变换器可以很好地满足MOSFET的驱动要求。
1 自举电路工作原理
自举电路原理图如图1所示。
Vb（s 驱动电路管脚Vb和Vs之间的电压差）给集成电路高端驱动电路提供电源，该电源电压必须在10V 到20V 之间，以确保驱动电路能完全地驱动MOSFET。Vbs电源是悬浮电源，附加在Vs电压上（Vs通常是一个高频方波），通过图1所示的自举方式就可产生悬浮电源电压Vbs。
电路工作原理如下：当Vs 被拉低时（通过负载或下端开关管），15V 电源Vcc 通过自举二极管Dbs给自举电容Cbs充电，因此给Vbs提供一个电源。Cbs 电容只在高端器件关断，Vs 被拉到地时才被充电，因此为保证被高端驱动电路吸收掉的电容Cbs 上的电荷能得到完全补充，低端器件导通时间（或高端器件关断时间）应尽量长，这样开关管导通时间和占空比就被自举电容的再充电所限制。当开关管长时间导通和占空比较大时就需要有充电电路给自举电容补充电荷，本文提出的开关电容变换器就可实现这种充电功能。
2 开关电容变换器工作原理分析
基本开关电容变换器的结构如图2所示[2,3,4]：
图2中C1和C2分别是源电容和负载电容，S1和S2是MOSFET开关管。基本开关电容变换器通常具有两个工作状态：
状态I S1导通，S2截至，C1被Vs充电，C2向负载放电；
状态II S1截至，S2导通，C1向C2和负载放电，补充的储能。
本文在基本开关电容变换器工作原理的基础上，提出了适用于桥式电路，可以为高端驱动电路中自举电容充电的开关电容变换器，电路拓扑结构如图3所示。
图3中Vs为直流电源，为低端开关管的驱动电路供电，同时通过开关电容网络给高端驱动电路中的自举电容充电。C1为源电容，C2、C3、C4为负载电容，Si( i 等于1，2，…，8)为MOSFET开关管，Di （i等于1，2，…，6）的作用是为防止Si 关断期间MOSFET的体内寄生反向二极管导通，标号A和B 表示该端口彼此连接在一起，SP1、SP2 和SP3分别接高端驱动电路中的自举电容。
图3所示开关电容变换器共有四个工作状态：状态I 开关S1、S2导通，其它开关管都关断，
电源Vs给电容C1充电；
状态II 开关S3、S4导通，其它开关管都关断，电容C1向C2放电，补充C2的储能；
状态III 开关S5、S6导通，其它开关管都关断，电容C1向C3放电，补充C3的储能；
状态IV 开关S7、S8导通，其它开关管都关断，电容C1向C4放电，补充C4的储能。
四个工作状态的工作逻辑，即四组开关管的导通顺序如图4所示。
3 控制方法
采用DIONICS 公司生产的光伏MOSFET 驱动芯片来驱动开关电容变换器中8 个MOSFET 开关管，其驱动电路如图5所示。
图5中脉冲为低电平时，红外发光二极管LED导通，红外线光触发光电二极管阵列PV，AB端输出开路电压值为9.5V到11.5V的电压，该电压施加在MOSFET开关管的栅极和源极之间，所以当脉冲信号为低电平时MOSFET导通；同理，当脉冲信号为高电平时，MOSFET关断。
脉冲信号由单片机产生，通过单片机I/O 口输出4组时序如图6所示的脉冲信号波形来控制4 组开关管的通断，使开关电容变换器按上面分析的4个工作状态和时序进行工作。
4 仿真和实验结果
采用PSPICE 软件对主电路进行仿真，用PROTEUS软件对单片机进行仿真。
仿真参数为：独立电压源Vs ＝18V，开关管Si通态电阻Ron＝6 Ω，电容C1＝C2=C3=C4=10 µF，S1,S2的开关周期为T＝72 µs , ton=24 µs , 开关管S3,S4,S5,S6,S7,S8的周期为T＝216 µs，ton=24 µs。单片机I/O口输出波形及电容上的电流和电压波形如图8、图9 所示。
S5、S6 与S7、S8 的控制信号波形与图7 中S3、S4的控制信号波形相同，仅导通时间不同，各自的导通顺序和图6中分析完全一样。
实验中单片机型号为ATTiny26，通过编程输出四组控制信号，8 个MOSFET 开关管都采用
BS107A， 光伏驱动芯片采用DIONICS 的DIG-11-8-30-DD，实验参数和仿真参数相同。实验波形如图10、图11所示。
5 结语
分析了开关电容变换器在直流无刷电机驱动电路中的应用。采用文中提出的理论和电路拓扑可以使自举电容在低频情况下也能很好的满足驱动要求，实现电路的稳定工作。通过实验验证了理论的正确性和电路的可行性。
作者简介：
陈渊睿(1969-),男，博士，副教授。主要研究方向为电力电子与电力传动系统的先进控制技术，新能源发电系统的控制技术。
姚月锋（1982-）男，华南理工大学电力学院在读硕士生。研究方向为电力电子与电力传动控制，数字开关电源。
参考文献：
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㈡ 与电气工程及其自动化有关的伟大著作
电气与自动化工程学院主要著作
《自动检测和仪表中的共性技术》 徐科军，陈荣保，张崇巍 2000 清华大学出版社
《信号处理技术》 徐科军 2001 武汉理工大学出版社
《运动控制系统》 张崇巍 2002 武汉理工大学出版社
《定点DSP的原理、开发与应用》 徐科军 2002 清华大学出版社
《Verilog 与PC机接口电路设计》 高明伦 2002 安徽科技出版社
《电气测试技术基础》 徐科军 2003 机械工业出版社
《PWM整流器及其控制》 张崇巍，张兴 2003 机械工业出版社
《EDA与数字系统设计》 李国丽，朱维勇，栾铭 2004 机械工业出版社
《TMS320LF/LC24系列DSP的CPU与外设》 徐科军，张兴，肖本贤，吴婷等编译 2004 清华大学出版社
《传感器与检测技术》 徐科军 2004 电子工业出版社
《电机及拖动基础》 顾绳谷 2004 机械工业出版社
《自动控制原理（学练考）》 孔慧芳 2004 清华大学出版社
《电工技术（电工学Ⅰ）》 高福华，常通义主编（马红杰） 2004 机械工业出版社
《电子技术（电工学Ⅱ）》 罗会昌，周新云主编（刘春） 2004 机械工业出版社
《TMS320LF/LC24系列DSP指令和编程工具》 徐科军，肖本贤，张兴，吴婷等编译 2005 清华大学出版社
《电路分析》 刘健，徐袆，尹均萍，刘良成 2005 电子工业出版社
《信号分析与处理》 徐科军主编 2006 清华大学出版社
《电路学练考》 主编：叶运骅，江兵；参编：张晨彧 2005 清华大学出版社
《TMS320X281XDSP原理与应用》 徐科军，张瀚，陈智渊编著 2006 北京航空航天大学出版社
《爪极电机的结构、理论及应用》 王群京，倪有源，李国丽 2006 中国科学技术大学出版社
《CMOS集成电路版图--概念、方法与工具》 高明伦审校，邓红辉，王晓蕾等译 2006 电子工业出版社
《自动化专业英语》 张晓江参编 2006 中国林业出版社 北京大学出版社
《现代控制理论基础》 王孝武主编 张晓江副主编 2006 机械工业出版社 普通高等教育“十一五”国家级规划教材
《微机原理与接口技术习题与解析》 温阳东，鲍远慧 2006 清华大学出版社
《电机及拖动基础(上、下册）（第四版）》 顾绳谷 主编，姚守猷 副主编，张晓江 唐海源 参编 2007 机械工业出版社 普通高等教育“十一五”国家级规划教材
《传感器与检测技术》 徐科军主编，马修水 李晓林等副主编，王化祥主审 2008 电子工业出版社 普通高等教育“十一五”国家级规划教材，普通高等教育“十一五”国家级精品教材
《电气测试技术》 徐科军主编，马修水 李国丽副主编 2008 电子工业出版 普通高等教育“十一五”国家级规划教材
《电路分析》 刘健主编，徐袆副主编，尹均萍 刘良成编 普通高等教育“十一五”国家级规划教材
《自动控制系统计算机仿真》 张晓江，黄云志编著；张崇巍主审 2009 机械工业出版社 普通高等教育“十一五”电气信息类规划教材
《自动控制理论》 王孝武，方敏，葛锁良编 2009 机械工业出版社 普通高等教育“十一五”国家级规划教材，普通高等教育电气工程与自动化“十一五”规划教材
《电机及拖动基础习题解答与学习指导（第2版）》 唐海源，张晓江 2010 机械工业出版社 普通高等教育“十一五”国家级规划教材配套教材
《DSP及其电气与自动化工程应用》 徐科军，陶维青，汪海宁等编著 2010 北京航空航天大学出版社
《TMS320F2812 DSP应用技术》 徐科军，陈志辉，傅大丰编著 2010 科学出版社 高等院校电气工程及其自动化专业系列精品教材