單極性PWM技術在雷達天線控制中的應用

2020-12-05 電子產品世界

摘要：文中對比了單極性和雙極性PWM的技術特點，並敘述了現有的半橋驅動IC在應用中的局限性。利用一些簡單的邏輯門，設計了一個單極性PWM邏輯分配電路，經過半橋驅動IC功率放大，驅動由IGBT組成的H橋功率轉換電路，實現對雷達天線的伺服控制。上述方法構成的電路，解決了動態自舉問題、提高了雷達天線轉速及功率轉換電路的效率。
關鍵詞：單極性PWM；雙極性PWM；半橋驅動IC；邏輯門；動態自舉

隨著大功率半導體技術的發展，全控型電力電子器件組成的脈衝寬度調製(PWM)技術在雷達天線控制系統中得到了廣泛的應用。雷達天線控制系統一般採用脈衝寬度調製(PWM)技術實現電機調速，由功率電晶體組成的H橋功率轉換電路常用於拖動伺服電機。根據在一個開關周期內，電樞兩端所作用的電壓極性的不同分為雙極性和單極性模式PWM。
雙極性PWM功率轉換器中，同側的上、下橋臂控制信號是相反的PWM信號；而不同側之間上、下橋臂的控制信號相同。在PWM佔空比為50％時，雖然電機不動，電樞兩端的瞬時電壓和瞬時電流都是交變的，交變電流的平均值為零，電動機產生高頻的微振，能消除摩擦死區；低速時每個功率管的驅動脈寬仍較寬，有利於保證功率管的可靠導通。但是，在工作過程中，四個功率管都處於開關狀態，開關損耗大，而且容易發生「直通臂」的情況；更嚴重的情況在於——電機電樞並非絕對的感性元件，在電機不動時，由於此時通過電樞上的交變電流，電樞的內部電阻會消耗能量，造成了不必要的損耗，降低了功率變換器的轉換效率。
單極性PWM功率轉換器中，一側的上、下橋臂為正、負交替的脈衝波形，另外一側的上橋臂關斷而下橋臂恆通。在工作時一側的上、下橋臂總有一個始終關斷，一個始終導通，運行中無須頻繁交替導通，因而減少了開關損耗；在PWM佔空比為0％時，電機停止，H橋完全關斷無電流通過，此時電機的內部電阻不消耗能量；由於單極性比雙極性PWM功率變換器的電樞電路脈動量較少一半，故轉速波動也將減小。但是，單極性和雙極性PWM都存在可能的「直通臂」情況，應設置邏輯延時。
在進行H橋功率轉換電路設計的時候。需要解決一個基本的問題一高端門懸浮驅動。通常有如下幾種方式：第一，直接採用脈衝變壓器進行隔離及懸浮；第二，採用獨立的懸浮電源；第三，動態自舉技術。前兩種方法使用時大量使用分立元件，增加了調試難度、電路的可靠性變差、印製電路板的面積相應變大。而動態自舉技術目前已被許多專用電路採用，此類產品集成度高、體積小巧、性能穩定、使用單一電源即可對柵極驅動。但是此類器件在使用時，必須外接自舉二極體和自舉電容，並連接合適的充放電迴路，組成一個動態自舉電路。這個動態自舉的過程必須是循環往復的，才能保證H橋高端柵極的開通和關斷。下面設計的單極性PWM電路將會解決上述問題。

1 H型單極性PWM的設計
1．1 脈衝分配電路的設計
在這裡，我們首先設計了一個單極性PWM脈衝分配電路，如圖1所示。輸入信號包括一個方向信號和一個脈衝寬度調製信號，這兩個輸入信號經過脈衝分配便產生單極性PWM脈衝。信號地和功率地通過高速光電耦合器隔離。調節脈衝寬度調製信號的佔空比即可調節單極性PWM脈衝的佔空比。這裡的方向信號用來切換電動機轉動的方向，這種做法區別於雙極性PWM中的轉動方向靠PWM的佔空比來決定的做法。值得注意的是圖1中的NE555電路，起到脈衝檢測的作用。當脈衝寬度調製輸入信號脈衝丟失時，此時輸出低，將低端強制拉低，整個H橋關斷。電路的仿真波形如圖3所示。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/159273.htm

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