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1、唐 山 学 院毕 业 设 计设计题目：数字脉宽调制器的设计系 别：_班 级：_姓 名：_指 导 教 师：_2009 年 6 月 2 日赵庆利李小静06 应用电子技术（1）班信息工程系数字脉宽调制器摘 要交流电压电路广泛用于灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制）及异步电动机的软起动，也用于异步电动机调速。因此本文所设计的数字脉宽调制器实现的就是单相交流调压功能。本文主要介绍了数字脉宽调制器的组成电路以及主要运用的集成芯片、电子器件，尤其是电力电子器件 IGBT 的使用。该设计通过比较器对参照电压的数字量和计数器的输出进行比较，再利用比较结果来控制 IGBT 的驱动电路进而控制IGBT 的导通和关断
2、，来实现脉宽调制。本设计单纯使用硬件电路，原理简单，容易实现。关键词：IGBT 驱动电路 计数器 比较器Digital Pulse Width ModulatorAbstractAC voltage control circuit is widely used in lighting (such as dimming control of lamps and lighting) and the soft start induction motors, but also for induction motor speed control. Therefore in this paper the
3、design of digital pulse width modulator is the realization of single-phase AC voltage regulator function.In this paper, the digital pulse width modulator circuit and the main use of the composition of the integrated chips, electronic devices, especially power electronic devices IGBT use. The design
4、of the device by comparing the number of reference voltage and to compare the output of counter, and then use the results of the comparison to control IGBT to control the drive circuit IGBT and the turn-off to achieve the pulse-width modulation. The simple use of hardware circuit design, the princip
5、le of simple, easy to achieve.Keywords: IGBT; driver circuit; comparator; counter目 录1 引言 .12 数字脉宽调制器的主电路 .22.1 自关断电子器件（IGBT） .23 控制电路的设计 .53.1 脉宽调制电路 .53.1.1 参考电压产生电路 .53.1.2 计数电路 .53.1.3 A/D 转换器 .73.1.4 用 555 定时器接成的多谐振荡器 .103.1.5 数值比较 .153.1.6 锁存电路 .163.2 直流稳压电源 .173.3（IGBT ）驱动电路 .203.3.1 IGBT 对驱动电
6、路的要求 .203.3.2 IGBT 的变压器隔离驱动 .213.3.3 IGBT 的直接驱动 .223.3.4 IGBT 的光耦隔离驱动 .233.3.5 IGBT 的集成模块驱动 .233.4 同步电路 .253.4.1 单相整流电路 .253.4.2 光电耦合器 .313.4.3 变压电路 .333.4.4 计数清零 .374 结论 .39谢辞 .40参考文献 .41附录 .42外文资料 .43中文翻译 .45唐 山 学 院 毕 业 设 计11 引言许多应用需要脉宽调制(PWM)电路，如：电压调节器、功率控制、风扇速度控制等。本文所设计的脉宽调制器用于单相交流调压 7。脉宽调制器的实现有
7、很多途径和方法，可以用单片机、模拟电路和数字电路等来实现。每一种实现方法都有它的可取之处。单片机通过软、硬件结合，操作简单，易于实现。模拟电路和数字电路实现起来原理简单，易于理解。数字电路较之模拟电路抗干扰能力强，因此本设计通过单纯的硬件电路来实现脉宽调制器。设计的数字脉宽调制器通过调节负载两端电压的大小从而改变负载的某些参数，负载如果为电机，通过脉宽调制则可以改变其转速。唐 山 学 院 毕 业 设 计22 数字脉宽调制器的主电路2.1 自关断电子器件（IGBT）1. 绝缘栅双极晶体管（IGBT）概述GTR 和 GTO 是双极型电流驱动器件，由于具有电导调制效应，所以其通流能力很强，但开关速度
8、较低，所需驱动功率大，驱动电路复杂。而电力 MOSFET 是单极型电压驱动器件，开关速度快，输入阻抗高，热稳定性好，所需驱动功率小而且驱动电路简单。将这两类器件相互取长补短适当结合而成的复合器件，通常称为 Bi-MOS 器件。绝缘栅双极晶体管综合了 GTR 和 MOSFET 的优点，因而具有良好的特性。因此，自其 1986 年开始投入市场，就迅速扩展了其应用领域，目前已取代了原来 GTR 和一部分电力 MOSFET 的市场，成为中小功率电力电子设备的主导器件，并在继续努力提高电压和电流容量，以期再取代 GTO 的地位。2. IGBT 的结构和工作原理IGBT 也是三端器件，具有栅极 G、集电极
9、 C 和发射极 E。图 2-1 给出了一种由 N 沟道 VDMOSFET 与双极型晶体管组合而成的 IGBT 的基本结构的简化等效电路，可以看出这是用双极型晶体管与 MOSFET 组成的达林顿结构，相当于一个由 MOSFET 驱动的厚基区 PNP 晶体管。图中 RN 为晶体管基区内的调制电阻。因此，IGBT 的驱动原理与电力 MOSFET 基本相同，它是一种场控器件。其开通和关断是由栅极和发射极间的电压 uGE 决定的，当 uGE 为正且大于开启电压 UGE(th)时，MOSFET 内形成沟道，并为晶体管提供基极电流进而使 IGBT 导通。由于前面提到的电导调制效应，使得电阻 RN 减小，这样
10、高耐压的 IGBT 也具有很小的通态压降。当栅极与发射极间施加反向电压或不加信号时，MOSFET 内的沟道消失，晶体管的基极电流被切断，使得 IGBT 关断。图 2-1 IGBT的简化等效电路以上所述 PNP 晶体管与 N 沟道 MOSFET 组合而成的 IGBT 称为 N 沟道IGBT，记为 N-IGBT，其电气图形符号如图 2-2 所示。相应的还有 P 沟道 IGBT，记为 P-IGBT。RNCIc+EGID+-IdRonVj1-+唐 山 学 院 毕 业 设 计3图 2-2 IGBT的电气图形符号3. IGBT 的基本特性1) 静态特性 图 2-3a 所示为 IGBT 的转移特性，它描述的
11、是集电极电流 IC 与栅射电压 UGE之间的关系，与电力 MOSFET 的转移特性类似。开启电压 UGE(TH)是 IGBT 能实现电导调制而导通的最低栅射电压。U GE(TH)随温度升高而略有下降，温度每升高 1 摄氏度，其值下降 5mV 左右。在25 摄氏度时，U GE(TH)的值一般为 26V。图 2-3b 所示为 IGBT 的输出特性，也称伏安特性，它描述的是以栅射电压为参考变量时，集电极电流 IC 与集射极间电压 UCE 之间的关系。此特性与 GTR 的输出特性相似，不同的是参考变量，IGBT 为栅射电压 UGE,而 GTR 为基极电流IB。IGBT 的输出特性也分为三个区域；正向阻断区、有源区和饱和区。这分别与GTR 的截止区、放大区和饱和区相对应。此外，当 uCE U-时其输出为高电平，U +2VCC/3VCC /3 VCC /32/3VCC、U VCC/3 时, C1 输出低电平、 C2
