高頻感應加熱電源驅動電路設計方案

2020-11-25 電子發燒友

高頻感應加熱電源驅動電路設計方案

發表於 2019-05-10 15:03:49

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

在本次所分享的高頻感應加熱電源驅動電路設計方案中，我們使用晶片IR2llO用於該種驅動半橋串聯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是自舉二極體，採用恢復時間幾十納秒、耐壓在500V以上的超快恢復二極體10Ia16。CH是自舉電容，採用0.1μF的陶瓷圓片電容。CL是旁路電容，採用一個0.1μF的陶瓷圓片電容和1μF的鉭電容並聯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+12V電源，而VB是高端輸出級電源，它與VCC使用同一電源並通過自舉技術來產生。在這裡由於考慮到了在功率MOSFET漏極產生的浪湧電壓會通過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的柵源之問接上12V穩壓管D1、D2以限制柵源電壓，以此來保護功率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諧振逆變器設計圖之後，接下來我們來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。虛線右邊為功率擴展電路，採用兩對P溝道和N溝道MOSFETQ1、Q3和Q2、Q4，組成推挽式輸出結構。這是一個高輸入阻抗的功率緩衝器，可以產生8A峰值輸出電流，並且靜態電流是可以忽略的。

在這一負偏壓與功率擴展電路設計的運行過程中，當輸入信號為高電平時，Q2的柵極也為高電平，從而Q2導通，這就使得Q3的柵極變為低電平，這樣Q3就導通，則輸出也為高電平;當輸入信號為低電平時，Q1導通，這就使得Q4的柵極變為高電平，這樣Q4就導通，則輸出也為低電平。其中，Q1、Q2對Q3、Q4來說是一個低電流的驅動器，Q3、Q4是輸出電晶體，它們的大小可以依據輸出峰值電流的需要來進行選擇。當輸入信號改變狀態時，R1限制在幾納秒時問內兩電晶體同時導通時通過Q1、Q2的電流。當輸入轉變到一個新的狀態時，驅動器電晶體迅速釋放掉柵極的電荷，強制輸出電晶體關斷。與此同時，另一輸出電晶體的柵極迅速被R1充電，由R1和輸出電晶體的輸入電容所構成的RC時間常數將會使導通延遲。

在上圖圖2中，我們可以看到，該系統的虛線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來說是一個電平轉換器，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驗結果。其中，通道1是IR2110輸出的驅動信號波形，通道2是該驅動信號經過負偏壓與功率擴展電路後的輸出波形。

驅動信號佔空比調節電路

在本文所設計的高頻感應加熱電源驅動電路系統中，這種基於IR2110晶片所設計的半橋串聯諧振逆變器，主要採用M0SFET作為主開關器件，功率器件MOSFET在電路中的設計見圖1中的T1、T2。在這種半橋串聯諧振逆變器的控制電路中，我們主要採用鎖相環電路來實現頻率跟蹤，但是，在這種電路系統中，鎖相環MM74HC4046輸出信號的佔空比為50%，若將其直接加到IR2110輸入端的話，那麼輸出驅動信號的佔空比也是50%，將其加到主開關器件T2、T2的門極之後，驅動信號將會受到線路雜散電感、寄生電容以及該MOSFET輸入阻抗、內部寄生電容等的影響，使得佔空比超過50%，從而無法設置正確的死區，不能滿足半橋串聯諧振逆變器的正常驅動要求。

想要解決該電路系統中的佔空比問題，我們可以使用一個相對而言比較簡單的方法，那就是在驅動電路的前級加佔空比調節(死區形成)電路。將加到IR2110輸入端的驅動控制信號的的佔空比變得小於50%，使得加到T1、T2門極驅動信號的佔空比可靈活調節至略低於50%，從而可以產生滿足實際應用需要的死區。具體的電路如下圖圖4所示。

通過圖4所展示的佔空比調節電路圖中我們可以看到，在添加了調節電路後，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佔空比為50%的方波信號經兩級74HC14整形後，分別送人上升沿觸發的JK觸發器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所示的兩組驅動控制信號，將它們分別送入IR2110的高、低輸入端，就可以得到滿足實際使用要求的驅動信號翻。

下圖中，圖5所顯示的是經過這種佔空比電路調節後的IR2110高、低端驅動信號。在具體的應用過程中，工程師可以根據實際佔空比的需要，通過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佔空比的驅動信號，也就是可以得到不同死區的驅動信號。經過測試，此電路可以工作在50kHz~5MHz頻率範圍內，佔空比可以在25%一50%之間調節，它可以滿足絕大多數應用場合。

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

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