电机驱动有单极性和双极性两种。当只需要电机单方向驱动时，可采用单极性驱动，如下图(a)所示，此电路由于续流二极管工作时间较长，损耗大，所以改进后的半桥驱动如下图(b): Figure 1.Illustration of the half bridge. 当需要电机正反两个方向旋转时，采用双极性驱动方式，如下： Figure 2．Illustration of the H bridge. 功能逻辑如下：（1：合并，0：断开） S1 S2 S3 S4 电机动作 1 0 0 1 正传 0 1 1 0 反转 0 0 0 0 自由 0 1 0 1 刹车 1 0 1 0 刹车 这又称为全桥驱动，上图中开关使用大功率MOS管替代，可以使用分立元件，也可以使用集成电路。但是能用于PWM驱动的低电压大电流芯片产品并不多，在智能车比赛中使用最多的有：MC33886, VNH3SP30, BTS7960B, DT340I, IRF3205。 根据查阅的资料，使用单片MC33886时易发生发热、噪声等问题，对电源电压影响过大等问题，所以可以使用两片并联，如下所示：
该接法降低了MOS管的导通内阻，增大了驱动电流，可以起到增强驱动能力、减小芯片发热的作用，但是起始频率受限，电机噪声大且发热严重。 VNH3SP30是意法半导体公司生产的专用于电机驱动的大电流功率集成芯片。芯片核心是一个双单片上桥臂驱动器(HSD)和2个下桥臂开关,HSD开关的设计采用ST的ViPowe 技术，允许在一个芯片内集成一个功率场效应MOS管和智能信号/保护电路。下桥臂开关是采用ST专有的EHD(STripFET)工艺制造的纵向场效应MOS管。3个模块叠装在一个表面组装MultiPowerSO- 30引脚框架电绝缘封装内，具体性能指标如下: ①最大电流30 A、电源电压高达40 V; ②功率MOS管导通电阻0.034 Ω; ③5 V兼容的逻辑电平控制信号输入;④内含欠压、过压保护电路;⑤芯片过热报警输出和自动关断。与MC3886相比，它具有一个显著优点就是芯片不会发热，且保护功能强大，但是存在开关频率限10 kHz，电机噪声大且电机容易发热，但芯片较贵，很多场合性价比不高。 采用2个半桥智能功率驱动芯片BTS7960B组合成一个全桥驱动器，驱动直流电机转动。BTS7960B是应用于电机驱动的大电流半桥集成芯片，它带有一个P沟道的高边MOSFET、一个N沟道的低边MOSFET和一个驱动IC。P沟道高边开关省去了电荷泵的需求，因而减少了电磁干扰(EMI)。集成的驱动IC具有逻辑电平输入、电流诊断、斜率调节、死区时间产生和超温、过压、欠压、过流及短路保护功能。BTS7960B的通态电阻典型值为16 mΩ，驱动电流可达43 A，调节SR引脚外接电阻的大小可以调节MOS
（一）TRIZ的技术系统八大进化法则 阿奇舒勒的技术系统进化论可以与自然科学中的达尔文生物进化论和斯宾塞的社会达尔文主义齐肩，被称为“三大进化论”。TRIZ的技术系统八大进化法则分别是：1、技术系统的S曲线进化法则；2、提高理想度法则；3、子系统的不均衡进化法则；4、动态性和可控性进化法则；5、增加集成度再进行简化法则；6、子系统协调性进化法则；7、向微观级和场的应用进化法则；8、减少人工进入的进化法则。技术系统的这八大进化法则可以应用于产生市场需求、定性技术预测、产生新技术、专利布局和选择企业战略制定的时机等。它可以用来解决难题，预测技术系统，产生并加强创造性问题的解决工具。 八大技术系统进化法则 1.技术系统的S曲线进化法则 1）婴儿期2）成长期3）成熟期4）衰退期
各阶段的特点。 S曲线族 2.提高理想度法则 1）一个系统在实现功能的同时，必然有2个方面的作用：有用功能和有害功能； 2）理想度是指有用作用和有害作用的比值 3）系统改进的一般方向是最大化理想度比值 4）在建立和选择发明解法的同时，需要努力提升理想度水平 提高理想度可以从以下4个方向予以考虑： 1）增加系统的功能2）传输尽可能多的功能到工作元件上3）将一些系统功能转移到超系统和外部环境中4）利用内部或外部已经存在的可利用资源。 3.子系统的不均衡进化法则
1）每个子系统都是沿着自己的S曲线进化的 2）不同的子系统将依据自己的时间进度进化 3）不同的子系统在不同的时间点到达自己的极限，这将导致子系统间矛盾的出现 4）系统中最先到达其极限的子系统将抑制整个系统的进化，系统的进化水平取决于此系统 5）需要考虑系统的持续改进来消除矛盾 4.动态性和可控性进化法则 1)增加系统的动态性,以更大的柔性和可移动性来获得功能的实现 2)增加系统的动态性要求增加可控性 5.增加集成度再进行简化法则 1.增加集成度的路径 2简化路径 3单--双---多--路径 4子系统分离路径 6.子系统协调性进化法则 1.匹配和不匹配元件的路径 2调节的匹配和不匹配的路径 3工具和工件匹配的路径 4匹配制造工程中加工动作节拍的路径 7.向微观级和场的应用进化法则 1.向微观级转化的路径 2转化到高效场的路径 3增加场效率的路径 4分割的路径 8.减少人工介入的进化法则 （1）减少人工介入的一般路径 本路径的技术进化阶段：包括人工动作的系统→替代人工但仍保留人工动作的方法→用机器动作完全代替人工。
特点： 低静态工作电流； 宽电源电压范围：2.5V-12V ； 每通道具有800mA 连续电流输出能力； 较低的饱和压降； TTL/CMOS 输出电平兼容，可直接连CPU ； 输出内置钳位二极管，适用于感性负载； 控制和驱动集成于单片IC 之中； 具备管脚高压保护功能； 工作温度：-20°C-80°C 。 描述： L9110是为控制和驱动电机设计的两通道推挽式功率放大专用集成电路器件，将分立电路集成在单片IC 之中，使外围器件成本降低，整机可靠性提高。该芯片有两个TTL/CMOS 兼容电平的输入，具有良好的抗干扰性；两个输出端能直接驱动电机的正反向运动，它具有较大的电流驱动能力，每通道能通过800mA 的持续电流，峰值电流能力可达1.5A ；同时它具有较低的输出饱和压降；内置的钳位二极管能释放感性负载的反向冲击电流，使它在驱动继电器、直流电机、步进电机或开关功率管的使用上安全可靠。L9110被广泛应用于玩具汽车电机驱动、脉冲电磁阀门驱动，步进电机驱动和开关功率管等电路上。 管脚定义： 序号 符号 功能 1 OA A 路输出管脚 2 VCC 电源电压 3 VCC 电源电压 4 OB B 路输出管脚 5 GND 地线 6 IA A 路输入管脚 7 IB B 路输入管脚 8 GND 地线 绝对最大范围： Ta ＝25°C 符 号 参 数 最 小 典 型 最 大 单 位Vcc max 电源电压 2.2 5.0 12.0 V Iout max 输出电流 － 800 1000 mA VH in 输入高电平 2.2 5.0 12.0 V VL in 输入低电平 0 0.5 0.7 V Pd max 允许电源消耗 － － 800 mW Topr 操作温度 -30 25 85 °C DP 后缀 塑料封装(DIP8) SO 后缀 塑料封装(SOP8)
机械创新设计课程论文(TIZE理论的八大技术系统进化法则) 专业机械设计制造及其自动化 班级10机自职1 学号1010113126 姓名姚巧珍 成绩 教师刘小鹏 2013年5月23日
TRIZ理论的八大技术系统进化法则 姚巧珍 （10机自职1班，学号：1010113126） [摘要] 技术系统的这八大进化法则可以应用于产生市场需求、定性技术预测、产生新技术、专利布局和选择企业战略制定的时机等。它可以用来解决难题，预测技术系统，产生并加强创造性问题的解决工具。本文讲述了TRIZ理论的八大技术系统进化法则，这些技术系统进化法则基本涵盖了各种产品核心技术的进化规律，每条法则又包含多种具体的进化路线和模式。它可以帮助设计者在方案设计阶段迅速地产生个具有创造性的新概念，实现产品的快速创新。 [关键词] 技术系统，进化法则，子系统，S曲线。 引言 一个产品或物体都可以看做是一个技术系统，技术系统可以简称为系统。系统是由多个子系统组成的，并通过子系统间的相互作用来实现一定的功能，子系统可以是零件或部件甚至于构成元素。系统是处于超系统之中的，超系统是系统所在的环境，环境中的其他相关的系统可以看做是超系统的构成部分。技术系统的进化是指实现系统功能的技术从低级向高级变化的过程，进化是客观进行着的，不管人们是认识了它还是没有认识它。如果认识和掌握了系统的进化规律，有利于设计者开发出更先进的产品，从而提升产品的竞争力。 1.八大技术系统进化法则 TRIZ的技术系统八大进化法则分别是：1）技术系统的S曲线进化法则； 2）提高理想度法则； 3）子系统的不均衡进化法则； 4）动态性和可控性进化法则；5）增加集成度再进行简化法则； 6）子系统协调性进化法则； 7）向微观级和场的应用进化法则； 8）减少人工进入的进化法则 1.1技术系统的S曲线进化法则 图1-1是一条典型的S曲线。S曲线描述了一个技术系统的完整生命周期，图中的横轴代表时间；纵轴代表技术系统的某个重要的性能参数，比如飞机这个技术系统，飞行速度、可靠性就是其重要性能参数，性能参数随时间的延续呈现S形曲线。 一个技术系统的进化一般经历4个阶段，分别是： 1）婴儿期 2）成长期 3）成熟期 4）衰退
IGBT驱动电路参数计算详解 大功率IGBT 模块在使用中驱动器至关重要，本文介绍在特定应用条件下IGBT门极驱动性能参数的计算方法，经验公式及有关CONCEPT 驱动板的选型标准，得出的一些参数值可以作为选择一款合适IGBT驱动器的基本依据。 1 门极驱动的概念 IGBT存在门极-发射极电容Cge，门极-集电极电容Cgc，我们将IGBT的门极等效电容定义为Cg，门极驱动回路的等效电路如下图所示： 其本质是：一个脉冲电压源向RC电路进行充放电，对于这个电压源，有2个物理量我们需要关心，1.它的功率；2.它的峰值电流。 2 驱动功率的计算 驱动器是用来控制功率器件的导通和关断。为了实现此功能，驱动器对功率器件的门极进行充电以达到门极开通电压VGE_on，或者是对门极进行放电至门极关断电压 VGE_off。 门极电压的两种电平间的转换过程中，在驱动器门极驱动电阻及功率器件组成的回路中产生一定的损耗。这个参数我们称为驱动功率PDRV。驱动器必须根据其所驱动的功率器件所需的驱动功率来选择。 驱动功率可以从门极电荷量QGate，开关频率fIN，以及驱动器实际输出电压摆幅ΔVGate 计算得出： P DRV = Q Gate * f IN * ΔV Gate (Eq. 1) 备注：P DRV: 驱动器每通道输出功率；f IN: IGBT开关频率；Q Gate :IGBT门极电荷，可从规格书第一页查出，不同IGBT该数值不同；ΔV Gate:门极驱动电压摆幅，等于驱动正压+U 和负压–U 之间差值。 如果门极回路放置了一个电容CGE (辅助门极电容)，那么驱动器也需要对该电容进行充放电，如图1 所示：
马达专用控制芯片LG9110 芯片特点： 低静态工作电流； 宽电源电压范围：2.5V-12V ； 每通道具有800mA 连续电流输出能力； 较低的饱和压降； TTL/CMOS 输出电平兼容，可直接连CPU ； 输出内置钳位二极管，适用于感性负载； 控制和驱动集成于单片IC 之中； 具备管脚高压保护功能； 工作温度：0 ℃-80 ℃。 描述： LG9110 是为控制和驱动电机设计的两通道推挽式功率放大专用集成电路器件，将分立电路集成在单片IC之中，使外围器件成本降低，整机可靠性提高。该芯片有两个TTL/CMOS 兼容电平的输入，具有良好的抗干扰性；两个输出端能直接驱动电机的正反向运动，它具有较大的电流驱动能力，每通道能通过750 ～800mA 的持续电流，峰值电流能力可达1.5 ～2.0A ；同时它具有较低的输出饱和压降；内置的钳位二极管能释放感性负载的反向冲击电流，使它在驱动继电器、直流电机、步进电机或开关功率管的使用上安全可靠。LG9110 被广泛应用于玩具汽车电机驱动、步进电机驱动和开关功率管等电路上。 管脚定义： 1 A路输出管脚、2和3 电源电压、4 B路输出管脚、5和8地线、6 A路输入管脚、7 B路输入管脚 恒压恒流桥式1A驱动芯片L293 L293是著名的SGS公司的产品，内部包含4通道逻辑驱动电路。其后缀有B、D、E等，除L293E为20脚外，其它均为16引脚。其额定工作电流为1A，最大可达1.5A，Vss电压最小4.5V，最大可达36V；Vs电压最大值也是36V，但经过我的实验，Vs电压应该比Vss电压高，否则有时会出现失控现象。 恒压恒流桥式2A驱动芯片L298N L298也是SGS公司的产品，比较常见的是15脚Multiwatt封装的 L298N，内部同样包含4通道逻辑驱动电路。 1、15脚是输出电流反馈引脚，其它与L293相同。在通常使用中这两个引脚也可以直接接地。
介绍几种机器人驱动芯片 作者：机器人发烧友 MONDAY, 08 SEPTEMBER 2003 05:28 在自制机器人的时候，选择一个合适的驱动电路也是非常重要的，本文详细介绍了几种常用的机器人驱动芯片。 介绍几种机器人驱动芯片 (注：本文已经投稿至《电子制作》) 在自制机器人的时候，选择一个合适的驱动电路也是非常重要的。最初，通常选用的驱动电路是由晶体管控制继电器来改变电机的转向和进退，这种方法目前仍然适用于大功率电机的驱动，但是对于中小功率的电机则极不经济，因为每个继电器要消耗20~100mA的电力。 当然，我们也可以使用组合三极管的方法，但是这种方法制作起来比较麻烦，电路比较复杂，因此，我在此向大家推荐的是采用集成电路的驱动方法： 马达专用控制芯片LG9110 芯片特点： ??低静态工作电流； ??宽电源电压范围：2.5V-12V； ??每通道具有800mA连续电流输出能力； ??较低的饱和压降； ??TTL/CMOS输出电平兼容，可直接连CPU；
??输出内置钳位二极管，适用于感性负载； ??控制和驱动集成于单片IC之中； ??具备管脚高压保护功能； ??工作温度：0℃-80℃。 描述： LG9110 是为控制和驱动电机设计的两通道推挽式功率放大专用集成电路器件，将分立电路集成在单片IC之中，使外围器件成本降低，整机可靠性提高。该芯片有两个TTL/CMOS兼容电平的输入，具有良好的抗干扰性；两个输出端能直接驱动电机的正反向运动，它具有较大的电流驱动能力，每通道能通过750～800mA 的持续电流，峰值电流能力可达1.5～2.0A；同时它具有较低的输出饱和压降；内置的钳位二极管能释放感性负载的反向冲击电流，使它在驱动继电器、直流电机、步进电机或开关功率管的使用上安全可靠。LG9110被广泛应用于玩具汽车电机驱动、步进电机驱动和开关功率管等电路上。 管脚定义： 1 A 路输出管脚、2和3电源电压、4 B路输出管脚、5和8地线、6 A路输入管脚、7 B路输入管脚 2、恒压恒流桥式1A驱动芯片L293 图2是其内部逻辑框图 图3是其与51单片机连接的电路原理图 L293是著名的SGS公司的产品，内部包含4通道逻辑驱动电路。其后缀有B、D、E 等，除L293E为20脚外，其它均为16引脚。其额定工作电流为1A，最大可达1.5A，Vss电压最小4.5V，最大可达36V；Vs电压最大值也是36V，但经过我的实验，Vs 电压应该比Vss电压高，否则有时会出现失控现象。下表是其使能、输入引脚和输出引脚的逻辑关系（电路按图3连接）：
基于GaN器件的驱动设计方案 氮化镓(GaN) 是最接近理想的半导体开关的器件，能够以非常高的能效和高功率密度实现电源转换。但GaN 器件在某些方面不如旧的硅技术强固，因此需谨慎应用，集成正确的门极驱动对于实现最佳性能和可靠性至关重要。本文着眼于这些问题，给出一个驱动器方案，解决设计过程的风险。 正文 氮化镓(GaN)HEMT是电源转换器的典范，其端到端能效高于当今的硅基方案，轻松超过服务器和云数据中心最严格的80+规范或USB PD 外部适配器的欧盟行为准则Tier 2 标准。虽然旧的硅基开关技术声称性能接近理想，可快速、低损耗开关，而GaN 器件更接近但不可直接替代。为了充分发挥该技术的潜在优势，外部驱动电路必须与GaN 器件匹配，同时还要精心布板。 对比GaN和硅开关 更高能效是增强型GaN较硅(Si) 开关的主要潜在优势。不同于耗尽型GaN，增强型GaN通常是关断的器件，因此它需要一个正门极驱动电压来导通。增强型GaN的更高能效源于较低的器件电容和GaN的反向( 第三象限) 导电能力，但反向恢复电荷为零，这是用于硬开关应用的一个主要优点。低栅极源和栅极漏电容，产生低总栅电荷，支持门极驱动器快速门极开关和低损耗。此外，低输出电容提供较低的关断损耗。可能影响实际GaN性能的其他差别是没有漏源/ 栅雪崩电压额定值和相对较低的绝对最大门极电压，Si MOSFET约+/-20V ，而GaN通常只有+/-10V 。另外，
GaN 的导通阈值(VGTH) 约1.5V ，远低于Si MOSFET约( 3.5V) 。如果外部驱动和负载电路能够可靠地控制源极和门极电压，开关频率可达数百 kHz 或MHz区域，从而保持高能效，进而减小磁性器件和电容尺寸，提供高功率密度。 GaN门极驱动对性能至关重要使门极驱动电压保持在绝对最大限值内并不是唯一的要求。对于最快的开关，一个典型的GaN器件需要被驱动到约 5.2V 的最佳VG(ON) 值，这样才能完全增强，而不需要额外的门极驱动功率。驱动功率PD 由下式得出： 其中VSW为总门极电压摆幅， f 为开关频率，QGTOT为总门极电荷。虽然GaN 门极具有有效的电容特性，但在门极的有效串联电阻和驱动器中功率被耗散。因此，使电压摆幅保持最小很重要，特别是在频率很高的情况下。通常，对于GaN来说，QGTOT是几nC，约是类似的硅MOSFET值的十分之一- 这也是GaN能够如此快速开关的原因之一。GaN 器件是由电荷控制的，因此对于纳秒开关具有纳米库仑门极电荷，峰值电流为放大器级，必须由驱动器提供，同时保持精确的电压。 理论上，GaN器件在VGS= 0 安全关断，但在现实世界中，即使是 最好的门极驱动器，直接施加到门极的电压也不可能是0V。根据VOPP = -L di/dt ( 图1) ，在门极驱动回路共有的源引线中的任何串联电感 L 都会对门极驱动器产生相反的电压VOPP，这会导致高源di/dt 的假 开关。同样的影响可能是由关态dv/dt 迫使电流流过器件的“ Miller ” 电容造成的，但对于GaN，这可忽略不计。一种解决方案是提供一个负门极关断电压，可能-2 或-3V，但这使门极驱动电路复杂，为避免复杂，可通
对“剖析液晶屏逻辑板TFT偏压电路”一文的一点看法（此文为技术探讨） 在国内某知名刊物2010年12月份期刊看到一篇关于介绍液晶屏逻辑板TFT偏压电路的文章，文章的标题是：“剖析液晶屏逻辑板TFT偏压电路”这是一篇选题极好的文章、目前液晶电视出现的极大部分屏幕故障例如：图像花屏、彩色失真、灰度失真、对比度不良、亮度暗淡、图像灰暗等等故障都与此电路有关，维修人员在维修此类故障时往往的面对液晶屏图像束手无策，而介绍此电路、无疑对类似故障的分析提供了极大的帮助，目前在一般的期刊书籍介绍分析此电路的文章极少。 什么是TFT屏偏压电路？现代的液晶电视都是采用TFT屏作为图像终端显示屏，由于我们现在的电视信号（包括各种视频信号）是专门为CRT显示而设计的，液晶屏和CRT的显示成像方式完全不同，液晶屏要显示专门为CRT而设计的电视信号，就必须对信号的结构、像素排列顺序、时间关系进行转换，以便液晶屏能正确显示。 图像信号的转换，这是一个极其复杂、精确的过程；先对信号进行存储，然后根据信号的标准及液晶屏的各项参数进行分析计算，根据计算的结果在按规定从存储器中读取预存的像素信号，并按照计算的要求重新组合排列读取的像素信号，成为液晶屏显示适应的信号。这个过程把信号的时间过程、排列顺序都进行了重新的编排，并且要产生控制各个电路工作的辅助信号。重新编
排的像素信号在辅助信号的协调下，施加于液晶屏正确的重现图像。 每一个液晶屏都必须有一个这样的转换电路，这个电路就是我们常说的“时序控制电路”或“T-CON（提康）电路”，也有称为“逻辑板电路”的。这个电路包括液晶屏周边的“行、列驱动电路”构成了一个液晶屏的驱动系统。也是一个独立的整体。这个独立的整体是由时序电路、存储电路、移位寄存器、锁存电路、D/A变换电路、译码电路、伽马（Gamma）电路（灰阶电压）等组成，这些电路的正常工作也需要各种不同的工作电压，并且还要有一定的上电时序关系，不同的屏，不同的供电电压。为了保证此电路正常工作，一般对这个独立的驱动系统单独的设计了一个独立的开关电源供电（这个向液晶屏驱动系统供电的开关电源一般就称为：TFT偏压电路）；由整机的主开关电源提供一个5V或12V电压，给这个开关电源供电，并由CPU控制这个开关电源工作；产生这个独立的驱动系统电路提供所需的各种电压，就好像我们的电视机是一个独立的系统他有一个单独的开关电源，DVD机是一个独立的系统他也有一个单独的开关电源一样。是非常重要也是故障率极高的部分（开关电源都是故障率最高的部分，要重点考虑）。图1所示是液晶屏驱动系统框图。从图中可以看出，其中的“TFT偏压供电开关电源”就是这个独立系统电路的供电电源它产生这个驱动系统电路需要的各种电压，有VDD、VDA、VGL和VGH电压供各电路用。
设计指南 使用高压门极驱动芯片 目录 简介 (1) 自举电路 (2) 自举电容选择 (2) 考虑自举电路 (3) 门极电阻 (4) 门极开通电阻选取 (5) 开关时间 (5) 输出电压 斜率 (6) 门极关断电阻选取 (6) 寄生参数影响 (7) COM 低于G round (Vss-COM) (8) VS 低于 Ground (Vs-COM/VSS) (11) Vs 和V out间电阻 (11) Vs所需钳位二极管 (13) PCB布板指南 (14) 高低电压间距 (14) 铺地 (14) 门极驱动回路 (14) 供电电容 (15) 走线和元件布放实例 (15) 简介 本文主要目的是祥述在应用高压门极驱动芯片驱动半桥时所可能遇到的最常见的问题及对策，应用实例是电机驱动。 下面的章节介绍：元件选取，如自举电路和门极开通、关断电阻等;半桥电路中的寄生元件及其影响，推荐了一些可能的解决方案。最后介绍了布线指南。 所有的推荐方案，除非特别指出，都是针对IR典型的自举供电式门极驱动芯片的。
自举电路 自举供电由一个二极管和一个电容组成，连接如图 1. 图 1: 自举供电示意图 这种方案的优势是简单且成本低，但是在占空比和导通时间方面会有局限，因为要求对自举电容反复充电放电。 正确的电容选择可以很大程度减小这种局限。 自举电容选择 选择自举电容, 首先要计算在上管导通时的最小电压降 (ΔV BS )。 若V GEmin 是维持上管开通的最低门极电压，那么BS 的压降应该满足以下条件: CEon GE F CC BS V V V V V ???≤?min 在此条件下: ? >BSUV GE V V min V CC 芯片供电电压， V F 是自举二极管正向导通压降, V CEon 下管导通电压，V BSUV- 高端供电门限。如下我们考虑使得V BS 下降的因素: ?IGBT 开启所需门极电荷 (Q G );?IGBT 栅源漏电流 (I LK_GE );?浮动静态电流 (I QBS );?浮动漏电流 (I LK ) ?自举二极管漏电流 (I LK_diode ); ?自举二极管前向导通时的压降(I DS- )?内部高压切换所需电荷 (Q LS );?自举电容漏电流 (I LK_CAP );? 上管导通时间(T HON ). bootstrap diode bootstrap resistor motor V CC
高速MOSFET门极驱动电路的设计应用指南 author Laszlo Balogh translator Justin Hu 摘要本文主要演示了一种系统化的方法来设计高速开关装置的高性能门极驱动电路。文章收集了大量one-stop-shopping 主题的信息来解决最普通的设计挑战。因此它应当对各种水平的电力电子工程师都适用。 最常用的电路方案和它们的性能都经过了分析，包括寄生参数、瞬时和极端运行条件的影响。文章首先回顾了MOSFET技术和开关运行模式，然后由简入繁地讨论问题。详细的描述了参考地和高端门极驱动电路的设计程序、交流耦合和变压器隔离方案。专门的一章用来介绍同步整流装置中MOSFET的门极驱动要求。 文章另举出了几个设计的实例，一步一步进行了说明。 Ⅰ.引言 MOSTET是金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)的缩写，是电子工业中高频、高效率开关装置的关键器件。令人惊叹的是，场效应晶体管技术发明于1930年，比双极性晶体管早了大约20年。第一个信号级别的场效应晶体管20世纪50年代末期被制造出来，功率级别的MOSFET在20世纪70年代中期出现。而今天无数的MOSFET被集成到现代电子器件中，无论是微处理器还是分立的功率晶体管。 本文所关注的是功率MOSFET在各种各样的开关模式功率变换器装置中门极驱动的要求。 Ⅱ.MOSFET技术 双极性和MOSFET晶体管都使用了同样的工作原理。从根本上讲，这两种晶体管都是电荷控制的器件，这就意味着它们的输出电流和控制电极在半导体中建立的电荷成比例。当这些器件用作开关时，它们都必须被一个低阻抗的电源驱动，电源要能提供足够的充放电电流来使它们快速建立或释放控制电荷。从这一点来看，MOSFET在开关过程中必须和双极性晶体管一样通过“硬”驱动才能获得类似的开关速度。理论上，双极性和MOSFET器件的开关速度几乎一样，由载流子运动经过半导体区域所需要的时间决定。功率器件的典型值根据器件的尺寸大约20us到200us不等。 MOSFET技术在数字和功率装置中的广泛应用是由于它相对于双极性(结)晶体管有两大优点。一个优点是MOSFET器件在高频开关装置中易使用，因为驱动MOSFET(比驱动双极性晶体管)更简单。MOSFET晶体管的控制电极与电流流过的硅是隔离的，因此不需要连续的开通电流，一旦MOSFET晶体管被开通，控制电流实际上是0，而且MOSFET中控制电荷和相应的存储时间大大减少。这一点根本上消除了设计中导通状态压降与关断时间之间(矛盾)折衷的问题，导通状态压降与过剩的控制电荷成反比。结果是，与双极性器件相比，MOSFET技术有望使用更简单和有效的驱动电路带来显著的经济效益。
常见液晶驱动芯片详解 Company Document number：WUUT-WUUY-WBBGB-BWYTT-1982GT
本文主要是介绍一些常用的LCD驱动控制IC的型号，方便学习或正在使用的LCD的朋友能够更好地编写LCD的驱动程序。 因此各位朋友在选择LCD液晶模块的时候，在考虑到串行，还是并行的方式时，可根据其驱动控制IC的型号来判别，当然你还需要看你选择的LCD模块引脚定义是固定支持并行，还是可选择并行或串行的方式。 一、字符型LCD驱动控制IC 市场上通用的8×1、8×2、16×1、16×2、16×4、20×2、20×4、40×4等字符型LCD，基本上都采用的KS0066作为LCD的驱动控制器 二、图形点阵型LCD驱动控制IC 1、点阵数122×32－－SED1520 2、点阵数128×64 （1）ST7920/ST7921，支持串行或并行数据操作方式，内置中文汉字库 （2）KS0108，只支持并行数据操作方式，这个也是最通用的12864点阵液晶的驱动控制IC （3）ST7565P，支持串行或并行数据操作方式 （4）S6B0724，支持串行或并行数据操作方式 （5）T6963C，只支持并行数据操作方式 3、其他点阵数如192×6 4、240×64、 320×64、240×128的一般都是采用T6963c驱动控制芯片 4、点阵数320×240，通用的采用RA8835驱动控制IC
这里列举的只是一些常用的，当然还有其他LCD驱动控制IC，在写LCD驱动时要清楚是哪个型号的IC，再到网上去寻找对应的IC数据手册吧。后面我将慢慢补上其它一些常见的. 三 12864液晶的奥秘 CD1601/1602和LCD12864都是通常使用的液晶，有人以为12864是一个统一的编号，主要是12864的液晶驱动都是一样的，其实12864只是表示液晶的点阵是128*64点阵，而实际的12864有带字库的，也有不带字库的；有5V电压的，也有~5V(内置升压电路)；归根到底的区别在于驱动控制芯片，常用的控制芯片有ST7920、KS0108、 T6963C等等。 下面介绍比较常用的四种 (1)ST7920类这种控制器带中文字库，为用户免除了编制字库的麻烦，该控制器的液晶还支持画图方式。该类液晶支持68时序8位和4位并口以及串口。 (2)KS0108类这种控制器指令简单，不带字库。支持68时序8位并口。 (3)T6963C类这种控制器功能强大，带西文字库。有文本和图形两种显示方式。有文本和图形两个图层，并且支持两个图层的叠加显示。支持80时序8位并口。 (4)COG类常见的控制器有S6B0724和ST7565，这两个控制器指令兼容。支持68时序8位并口，80时序8位并口和串口。COG类液晶的特点是结构轻便，成本低。 各种控制器的接口定义： 引脚定义 PSB是ST7920类液晶的标志性引脚；
目录 1 引言 (1) 2 IGBT驱动电路 (1) 2.1IGBT简介 (1) 2.2 IGBT驱动电路选择 (2) 2.3 驱动电路设计方案比较 (3) 3 主电路设计 (5) 3.1 主电路方案 (5) 3.2 工作原理 (5) 3.2.1 降压斩波电路主电路基本原理 (5) 4 控制电路设计 (6) 4.1 控制电路方案选择 (6) 4.2 工作原理 (7) 4.3 控制芯片介绍 (8) 5 MATLAB仿真 (11) 6 课程设计总结 (12) 7 参考文献 (13) 8 致谢 (13)
1 引言 随着电力电子技术的高速发展，电子系统的应用领域越来越广泛，电子设备的种类也越来越多。电子设备的小型化和低成本化使电源向轻，薄，小和高效率方向发展。开关电源因其体积小，重量轻和效率高的优点而在各种电子信息设备中得到广泛的应用。伴随着人们对开关电源的进一步升级，低电压，大电流和高效率的开关电源成为研究趋势。 开关电源分为AC/DC和DC/DC，其中DC/DC 变换已实现模块化，其设计技术和生产工艺已相对成熟和标准化。DC/DC变换是将固定的直流电压变换成可变的直流电压，也称为直流斩波。斩波电路主要用于电子电路的供电电源，也可拖动直流电动机或带蓄电池负载等。 IGBT降压斩波电路就是直流斩波中最基本的一种电路，是用IGBT作为全控型器件的降压斩波电路，用于直流到直流的降压变换。IGBT是MOSFET与双极晶体管的复合器件。它既有MOSFET易驱动的特点，又具有功率晶体管电压、电流容量大等优点。其频率特性介于MOSFET与功率晶体管之间，可正常工作于几十千赫兹频率范围内，故在较高频率的大、中功率应用中占据了主导地位。所以用IGBT作为全控型器件的降压斩波电路就有了IGBT易驱动，电压、电流容量大的优点。 IGBT降压斩波电路由于易驱动，电压、电流容量大在电力电子技术应用领域中有广阔的发展前景，也由于开关电源向低电压，大电流和高效率发展的趋势，促进了IGBT降压斩波电路的发展。 高频开关稳压电源已广泛运用于基础直流电源、交流电源、各种工业电源，通信电源、通信电源、逆变电源、计算机电源等。它能把电网提供的强电和粗电，它是现代电子设备重要的“心脏供血系统”。BUCK变换器是开关电源基本拓扑结构中的一种，BUCK变换器又称降压变换器，是一种对输入输出电压进行降压变换的直流斩波器，即输出电压低于输入电压，由于其具有优越的变压功能，因此可以直接用于需要直接降压的地方。 2 IGBT驱动电路 2.I IGBT简介 IGBT 是三端器件，具有栅极G，集电极 C和发射极 E。它是个场控器件，通断由栅射极电压 Uge决定。Uge 大于开启电压Uge(th)时，MOSFET 内形成沟道，为晶体管提供基极电流，IGBT 导通。通态时电导调制效应使
在自制机器人的时候，选择一个合适的驱动电路也是非常重要的，本文详细介绍了几种常用的机器人驱动芯片。 介绍几种机器人驱动芯片 在自制机器人的时候，选择一个合适的驱动电路也是非常重要的。最初，通常选用的驱动电路是由晶体管控制继电器来改变电机的转向和进退，这种方法目前仍然适用于大功率电机的驱动，但是对于中小功率的电机则极不经济，因为每个继电器要消耗20~100mA 的电力。 当然，我们也可以使用组合三极管的方法，但是这种方法制作起来比较麻烦，电路比较复杂，因此，我在此向大家推荐的是采用集成电路的驱动方法： 马达专用控制芯片LG9110 芯片特点： ??低静态工作电流； ??宽电源电压范围：2.5V-12V ； ??每通道具有800mA 连续电流输出能力； ??较低的饱和压降； ??TTL/CMOS 输出电平兼容，可直接连CPU ； ??输出内置钳位二极管，适用于感性负载； ??控制和驱动集成于单片IC 之中； ??具备管脚高压保护功能； ??工作温度：0 ℃-80 ℃。 描述： LG9110 是为控制和驱动电机设计的两通道推挽式功率放大专用集成电路器件，将分立电路集成在单片IC之中，使外围器件成本降低，整机可靠性提高。该芯片有两个TTL/CMOS 兼容电平的输入，具有良好的抗干扰性；两个输出端能直接驱动电机的正反向运动，它具有较大的电流驱动能力，每通道能通过750 ～800mA 的持续电流，峰值电流
能力可达1.5 ～2.0A ；同时它具有较低的输出饱和压降；内置的钳位二极管能释放感性负载的反向冲击电流，使它在驱动继电器、直流电机、步进电机或开关功率管的使用上安全可靠。LG9110 被广泛应用于玩具汽车电机驱动、步进电机驱动和开关功率管等电路上。管脚定义： 1 A 路输出管脚、2和3 电源电压、4 B 路输出管脚、5和8 地线、6 A 路输入管脚、7 B 路输入管脚 2、恒压恒流桥式1A驱动芯片L293 图2是其内部逻辑框图 图3是其与51单片机连接的电路原理图
MC33035是MOTOROLA公司第二代无刷直流电动机控制专用集成电路，外接功率开关器件和电子测速器MC33039，可构成闭环调速系统来控制三相（全波或半波）、两相或四相无刷直流电机。它通过下侧半桥输出PWM对电机进行调速。 2MC33035的功能和组成 2．1功能 ——可控制电机正反转； ——实现电机刹车制动； ——启停功能； ——可选择三相无刷直流电机传感器相位差60°或120°； ——欠压封锁保护，IC过热保护和故障输出。 2．2组成 ——转子位置传感器译码电路； ——限流电路； ——具有温度补偿的6.24V内部基准电源； ——RT、CT可变锯齿波振荡电路； ——脉宽调制比较器； ——误差放大器； ——输出驱动电路； ——欠压、过热保护以及故障电平输出。
2．3引脚功能 参见表1。 表 1 MC33035的引脚功能 3MC33035的应用
图1是MC33035与MC33039构成的闭环三相无刷直流电机控制电路图。 其电路各部分功能介绍： 1）脚4、5、6是传感器位置信号输入，MC33035通过对输入位置信号译码对应输出驱动电机。这三个信号与TTL电平兼容。当输入全“0”或“1”表示非法信号。故障输出端（引脚14）输出有效低电平。通过选择引脚22来确定输入三相信号相位差为60°还是120°。 2）阻容RT、CT与内部振荡器产生锯齿波，作为PWM载波信号。锯齿波幅值为1.5V～4.1V。为防止噪声干扰，载波频率不宜过低，但频率太高容易使功率管过热，建议载波频率为20kHz～30kHz。锯齿波是由引脚8输出6.24V参考电压经RT对CT充电，通过内部电路放电所产生。由引脚11给定速度电压以及来自MC33039引脚5的速度方波信号经积分形成斩波信号与锯齿波形成PWM，参见图2，CT、误差输出PWM、内部锁存、上桥、下桥、错误信号对应时间关系如图3。构成闭环的主要原理是当负载改变（如变大），则电机速度下降，测速器MC33039引脚5输出方波密度变低，此信号经积分形成斩波信号后幅值抬高，则使输出PWM占空比加大，输出电流增加，自然速度逐渐提高，以达到输出跟踪输入。
门极可关断晶闸管GTO驱动电路 1.电力电子器件驱动电路简介 电力电子器件的驱动电路是指主电路与控制电路之间的接口，可使电力电子器件工作在较理想的开关状态，缩短开关时间，减小开关损耗，对装置的运行效率、可靠性和安全性都有重要的意义。一些保护措施也往往设在驱动电路中，或通过驱动电路实现。驱动电路的基本任务：按控制目标的要求施加开通或关断的信号；对半控型器件只需提供开通控制信号；对全控型器件则既要提供开通控制信号；又要提供关断控制信号。 门极可关断晶闸管简称GTO, 是一种通过门极来控制器件导通和关断的电力半导体器件，它的容量仅次于普通晶闸管，它应用的关键技术之一是其门极驱动电路的设计。门极驱动电路设计不好，常常造成GTO晶闸管的损坏，而门极关断技术应特别予以重视。门极可关断晶闸管GTO的电压、电流容量较大，与普通晶闸管接近，因而在兆瓦级以上的大功率场合仍有较多的应用。 2.GTO驱动电路的设计要求 由于GTO是电流驱动型，所以它的开关频率不高。GTO驱动电路通常包括开通驱动电路、关断驱动电路和门极反偏电路三部分，可分为脉冲变压器耦合式和直接耦合式两种类型。用理想的门极驱动电流去控制GTO 的开通和关断过程，以提高开关速度，减少开关损耗。 GTO要求有正值的门极脉冲电流，触发其开通；但在关断时，要求很大幅度的负脉冲电流使其关断。因此全控器件GTO的驱动器比半控型SCR复杂。门极电路的设计不但关系到元件的可靠导通和关断, 而且直接影响到元件的开关时间、开关损耗, 工作频率、最大重复可控阳极电流等一系列重要指标。门极电路包括门极开通电路和门极关断电路。 GTO对门极开通电路的要求:GTO的掣住电流比普通晶闸管大得多, 因此在感性负载的情况下, 脉冲宽度要大大加宽。此外, 普通晶闸管的通态压降比较小, 当其一旦被触发导通后, 触发电流可以完全取消, 但对于GTO, 即使是阻性负载, 为了降低其通态压降, 门极通常仍需保持一定的正向电流, 因此, 门极电路的功耗比普通品闸管的触发电路要大的多。对门极关断电路的要求：GTO对作为关断脉冲的负向门极电流有很高的要求。负向门极电流的幅值，斜率直接影响到元件的元断能力、关断时间及关断损耗。要求门极关断回路有足够大的动力源, 回路阻抗和感抗非常小，用作门极关断回路的开关元件要有很小的内阻, 较宽的频带和较好的承受冲击电流的能力。 3．GTO的普通驱动电路
TRIZ培训讲义
技术系统进化法则
技术系统进化法则
DAOV路线图—优化阶段
定义 Define 分析 Analyze 优化 Optimize 验证 Verify
1.概念列表
2.方案选择
S曲线 进化法则 进化树 列出概念方案 风险分析
决策分析 Pro/Innovator 评价模块
A Pera Global Company ? 2011 IWINT,INC
进化法则的作用和意义
对于新产品的预测分析给予建议 对于现有产品的改进方向给予建议 作为产品专利规避的有效工具
A Pera Global Company ? 2011 IWINT,INC
第 1 页
IWINT
TRIZ培训讲义
技术系统进化法则
主题大纲
进化规律简介 技术系统进化法则 Pro/E软件简介 产品预测的步骤和案例 小结
A Pera Global Company ? 2011 IWINT,INC
TRIZ的核心思想之一
技术系统的进化和发展并不是随机的，而是遵循 着一定的客观规律
A Pera Global Company ? 2011 IWINT,INC
TRIZ体系——创新的规律
算法
S曲线
完备性法则 能量传递法则 协调性法则 动态性法则 子系统不均衡进化 向超系统进化
创新的思维 创新的方法
工具 工具
创新的规律
向微观级进化 提高理想度法则
……
正确预测 产品未来！
术语
A Pera Global Company ? 2011 IWINT,INC
第 2 页
IWINT
MOSFET 高速驱动设计 此文章出处:与非网 英飞凌MOSFET驱动MOSFET并联 摘要： 本文阐述了MOSFET驱动的基本要求以及在各种应用中如何优化驱动电路的设计 关键词： MOSFET 驱动， MOSFET 并联 1．引言 随着电源高效，高功率密度的要求，电源的频率由原来的工频，到几十千赫兹，再到如今几百千赫兹甚至兆赫兹。电源频率的要求越来越高。如何选择合适的MOSFET, 如何有效的驱动高速的MOSFET，提升电源效率是广大工程师面临的问题。本文将探讨MOSFET的选型以及高速驱动线路的设计的注意事项。 2．MOSFET结构以及影响驱动的相关参数 图1 图1是MOSFET的电容等效图。MOSFET包含3个等效结电容Cgd, Cgs和 Cds. 通常在MOSFET的规格书中我们可以看到以下参数
其中Ciss=Cgs+Cgd Coss=Cgd+Cds Crss=Cgd 这些结电容影响着MOSFET开通和关闭速度。结电容小的MOSFET具有快速的开关速度，可以降低MOSFET开通和关闭时所产生的损耗。同时对驱动线路需求更低。 但是值得注意的是这些电容跟普通的电容并不完全相同，普通电容的容值并不会有太大的改变，而MOSFET等效电容容值会随着MOSFET Vds的变化而变化。图2描述了MOSFET结电容随电压的变化状况。 图2 由于Q=C*U*t 为了方便计算MOSFET所需的驱动功率以及开关损耗，规格书中通常会给出MOSFET 的Q值。
图3中描述了MOSFET开通的过程以及不同的Qg值对MOSFET开通过程中的影响。 Qgs是Cgs的电荷量，Qgd是Cgd的电荷量，而整个开通过程中电荷量的总和我们称之为Qg. 图3 2.1 MOSFET导通时序介绍