发布时间 : 星期日 文章基于cpld的无刷直流电机控制器设计毕业(论文)设计更新完毕开始阅读848a1a58bdd126fff705cc1755270722192e592e
浙江理工大学本科毕业设计（论文）
1）MOS管的选型
P（positive）沟道MOSFET的载流子是空穴，与电子相比，它的“活动性”差，且有“少数载流子生存时间”短的缺陷，这些都是影响半导体器件性能的重要参数。通常P沟道FET的性能较差，他有较高的栅极门限电压、较高的Ron以及较低的饱和电流[9]。
所以方案中，采用全N（negative）沟道的MOSFET构成逆变桥。实际选用的型号为IRFP2907。 2）MOS管的驱动
在选择全N沟道MOSFET后，由其工作特性可知，当给栅源极间加一个正
向电压，并且其值超过数据手册上的阈值电压VGS（以IRFP2907为例，100A的
V）导通饱和电流对应VGS?5时, 场效应管的D极和S极就会导通(I-V特性曲线)，且一般N型功率型场效应管的阈值电压都会在3~20V之间。
依旧以AB相导通为例，此时Q1和Q4管导通，一般场效应管的导通电阻Ron都在毫欧级，所以B点的电位近似为0V，A点的电位就近似为VCC。这就使得要驱动这两个MOS管，Q1管的栅极电压要大于（VCC?VGS），Q4管的栅极电压要大于VGS。这使得采用CPLD端口直驱（或加三极管信号放大直驱）的方式将不可行。
故方案中采用了三片MOS管的专用驱动芯片（IR2181），来驱动各自的MOS
管桥臂。详见逆变电路MOS管的驱动电路。 3）选用的IRFP2907 MOSFET的基本参数：
1. 额定参数（Absolute Maximum Ratings）
参数名称 最大值 209 840 470 单位 A A W V ID @ Tc ?25?C 持续漏极电流，VGS @ 10V IDM PD @ TC?25?C VGS 漏极峰值电流 功耗 栅源极击穿电压 ?20
方案实际采用的逆变电路原理图如下图2-3所示。
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下面只对其中一个做分析
VGS?VT关断状态
图2-4 构成逆变桥的基本MOS模块 图2-5 MOS管外围驱动电路
型对其建模，结合栅极电容，可描述为SRC模型[10]，如下图2-6所示：
由于电势的相对性，故对于每个模块来说，他们的工作原理也是完全一致的。故
其中，查表可知，Ron?3.6m?，
VGS?VT浙江理工大学本科毕业设计（论文）
图2-3 方案实际采用的逆变电路
导通状态Ron
VGS?VT)?VDS,可以用SR开关模此驱动电路中，MOSFET工作在开关管状态(从图中不难发现，逆变电路由如图2-4所示的完全相同的MOS模块构成。
图2-6 MOSFET的开关-电阻-电容（SRC）模型
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模型也可用代数方式描述为：iDS?VDS???RON VGS?VT （1） ?? 0 VGS?VT 如图2-5所示，模块中用虚线包围的这部分电路，是驱动MOS管的辅助电
路。此模块用MOS管的SRC模型可等价描述为如图2-7所示的电路。
图2-7 MOS管外围驱动电路的等效电路
其中各元器件的作用如下： R6的4个作用： 1）防止震荡：
上级的I/O输出口及连接导线都会带点分布电感，这使得在电压突变的情况下可能和栅极电容Ciss形成LC振荡，当它们之间串上R6后，可增大阻尼而减小振荡效果。
2）减小栅极充电峰值电流：
当栅极电压拉高时，首先会对栅极电容充电，充电峰值电流可大致计算为：
I?Qgtd(on)?tr?410nC?1.92A23ns?190ns （2）
可见驱动脉冲电流很大，串上R6后可放慢充电时间而减小栅极充电电流 3）保护场效应管的D-S极不被击穿：
当栅极关断时，D-S从导通状态变为截止状态时，漏源极电压VDS会迅速增加，如果过快，就会击穿器件，所以添加R6可以让栅极电容慢慢放电，而不至于使器件击穿。
4）和IN4744构成稳压电路，防止VGS击穿：
栅源极击穿电压VGS??20V，IN4744稳压管稳压值15V。故可防止由于MOS
管的驱动电路故障或环境静电而损坏MOS管。
MOS管外围的其他的元器件，是MOS管过流保护模块的对流过MOS管电
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流值的采样电路。详见逆变电路MOS管的过流保护电路。 2.2.2逆变电路MOS管的驱动电路
MOSFET的驱动电路设计不当，MOSFET很容易损坏。采用成熟的驱动控制
芯片IR2181S组成的电路，可有效简化系统的复杂性。IR2181S优点是可靠性高，外围电路简单，兼容3.3VCMOS和5VLSTTL数字电路静态规则。浮动驱动端可以驱动N通道MOSFET或者IGBT在高压侧电压600V时的场合，最大输出电流可达到1.9A（高端）2.3A（低端）。 1）芯片结构及原理和典型电路
其主要由：输入逻辑电路，电平转换器，低端功率晶体驱动管和高端晶体驱动管组成。结构框图如下图2-8所示。
图2-8 IR2181的结构框图
其典型电路如下图2-9所示。
图2-9 IR2181的典型电路
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