内燃机测试技术试验实验 半桥功率开关驱动电路仿真试验 实验学时：2 实验类型：基础型实验对象：本科生一．实验目的：1. 了解半桥功率开关驱动电路的工作原理和应用2. 了解半桥功率开关驱动方式的实现原理和特点3. 掌握半桥功率开关驱动电路关键元器件选择和电路保护二．实验原理及设备说明1. 半桥功率开关驱动电路的工作原理 半桥功率开关驱动的原理结合了高低端功率开关驱动的特点，负载的连接方 式有两种，一种是一端通过高低端功率管的串联共同接点引出，另外一端一般接 地，驱动原理图如图 1 所示；另外一种连接方式是负载串联在高低开关管中间， 驱动原理如图 2 所示高端和低端控制信号呈反相关系，而且高低端控制信号之 间加入死区控制时间，防止高低位开关管同时导通出现电源和地短路的异常情 况没有控制信号的时候，高位开关管不导通，低位开关管导通，此时负载中没 有电流流过或者电流通过低位管进行续流；控制信号有效的时候，打开高位开关 管，于是电流从电源正端经过半桥的开关管，然后经过负载流出，最后通过地线 形成回路，此时低位开关不导通由于半桥电路采用了高低位开关管的方式，因此一般需要两个开关管，而且 由于功率开关管 N 型和 P 型的不同，故可以有 4 种不同的实现方式，其中以高 位N型，低位N型和高位P型，低位N型使用最为普遍。
高位P型，低位N型 的控制方式最为简洁，因为 P 型高位开关管的控制一般采用负逻辑，而低位 N 型开关管一般采用正逻辑，实现起来最为方便高低位均采用 N 型开关管的好 处是，可以通过较大的电流，适用于功率较大的负载，缺点是和高位开关控制一 样，需要比较负载的高位控制逻辑，一般高位必须采用自举电路或者充电泵电路 实现高端控制，具体的实现方式见高位开关驱动电路一节2. 半桥功率开关驱动方式的实现原理和特点由半桥功率开关驱动的原理知道，半桥功率开关最大的难点仍然是高位开关 管的控制，其中高位开关控制的方式有两种，分别是 G 端电压跟随 S 端电压浮 动的自举驱动方式，另外一种是 G 端恒定电压的驱动方式，两者的驱动原理实 现分别如图3和4所示vcc PWM controllerOUT111GND图 3 自举高端驱动电路方讦o结合高位开关和低位开关的实现，半桥的驱动电路如图5所示，负载为等效 的电感型，可以是电磁阀，电机或者继电R102R5510旳4 —-n/i二--图5高低位负载驱动电路3. 半桥功率开关驱动电路关键元器件的选择和电路保护 从半桥功率开关驱动电路的原理和实现可以知道，半桥开关管控制综合了高 端和低端控制，因此关键器件的选择，必须要考虑到高低端的情况。
低端开关管 的选择需要根据负载的情况以及需不需要续流来考虑，特别是如果负载采用串联 在高低位管的方式，必须考虑负载为感性时电路中的泄流，也就是低位开关管钳 位的元件选择，包括稳压管和电阻的匹配高端开关管的选择则要注意系统中的 最大电流，以及负载为感性时，关断时刻 S 端出现负向电压的情况，一般必须防 止高位开关管错误打开三．实验内容1. 采用Protel设计半桥功率开关驱动电路（G端电压恒定方式）2. 对占空比 20%，50%，80%情况下进行驱动电路仿真，记录其中电流情况 四．实验设备和仪器Protel 软件个人计算机Matlab 软件五．实验结果分析1. 不同占空比下，负载电感中的电流数据2•不同占空比下，功率开关管的S端电压六．思考题1. 半桥开关功率管优点有那些，实现的关键是什么？2. 如果是负载串联高低管中间的第二种驱动方式，在什么地方采用此种方式？ （柴油机高压喷射系统执行器－喷油器）。