開關(guān)管驅(qū)動電路已經(jīng)廣泛應(yīng)用于快速開關(guān)動作的三極管的各種電子電路中,可提高電路可靠性,改善電路性能。驅(qū)動控制電路。它實(shí)際是一個通過控制信號對輸入信號進(jìn)行功率放大的電路,滿足負(fù)載額定功率使得負(fù)載正常工作,可以對一定的輸入信號進(jìn)行驅(qū)動控制,雖然不同負(fù)載需要不同的驅(qū)動電路,但實(shí)質(zhì)基本一樣。
我們結(jié)合模擬電路中的控制驅(qū)動原理,利用晶體三極管飽和導(dǎo)通和截止作為開關(guān)控制信號,從驅(qū)動保護(hù)、抗干擾等方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計,設(shè)計了一種輸入脈寬可調(diào)信號的兩路驅(qū)動保護(hù)電路。該電路具有快速精確、高性能、小型化、實(shí)用性等特點(diǎn),可滿足一些軍事、工業(yè)自動控制系統(tǒng)需求。
設(shè)計原理與總體結(jié)構(gòu)
該驅(qū)動控制電路分為輸入級電路、放大級電路、驅(qū)動電路與保護(hù)電路。其中,輸入級和放大級電路由兩路相同晶體管開關(guān)電路構(gòu)成,驅(qū)動電路由兩路集電極開路驅(qū)動輸出,保護(hù)電路主要利用穩(wěn)壓二極管的限幅功能,電路采取雙電源供電模式。其電路原理框圖如圖1所示。
圖1:電路原理框圖
圖2:輸入與輸出時序圖
圖3 輸入級電路
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電路設(shè)計
由電路原理框圖看出電路分為輸入級電路、放大級電路、驅(qū)動電路與保護(hù)電路,下面對各部分進(jìn)行詳細(xì)介紹。
1 輸入級電路
輸入級,由控制信號控制兩路相同信號的輸入,兩路信號每次只有一路有輸入信號,不同時輸入。輸入信號為一定幅值的方波,當(dāng)控制信號為高電平。輸入信號為高電平時,三極管V1和V2的基極電流I b1,2=(Vcon-VBE1)/R1,集電極能提供的最大電流I c MA X1,2=V i n1/R3,選擇合適參數(shù)的三極管,使得βIb1,2>IcMAX1,2,V1和V2都處于飽和導(dǎo)通狀態(tài),V1、V2的集電極為低電平;當(dāng)控制信號為低電平,V1和V2處于截止?fàn)顟B(tài),則兩個輸入信號分別通過電阻R3、R4加到放大級三極管的基極。
2 放大級電路
放大級,對兩路輸入信號兩次放大后送給兩個驅(qū)動級電路。當(dāng)控制信號CON為低電平,輸入信號IN1、IN2在高電平期間,三極管V3和V4的基極電流I b3,4=(Vin1-VBE3)/R3,集電極能提供的最大電流IcMAX3,4=(VCC-VBE5)/R9,選擇參數(shù)合適的三極管,使得βIb3,4>IcMAX3,4,V3、V4處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)。同理,V5、V6的基極電流Ib5,6=IcMAX3,4-VBE5/R11,V5和V6集電極能提供的最大電流IcMAX5,6=(VCC-VEE-VBE7)/R13。其中,三極管V7是驅(qū)動輸出級的管子,選擇參數(shù)合適的三極管,使得βIb5 , 6>IcMAX5,6,V5、V6飽和導(dǎo)通。當(dāng)控制信號CON為低電平,輸入信號為低電平時,放大級的四個三極管都截止。
圖4:放大極電路 圖5:驅(qū)動與保護(hù)電路
3 驅(qū)動及保護(hù)電路
當(dāng)控制信號Con為電平,輸入信號IN1、IN2在高電平期間,驅(qū)動級三極管V7、V8具有驅(qū)動能力,可將兩個三極管的集電極外接負(fù)載至電源進(jìn)行驅(qū)動控制。
保護(hù)電路由二極管V10、V11,電阻R17、R18,穩(wěn)壓管V12、V13和三極管V9構(gòu)成。當(dāng)V9導(dǎo)通時,V9導(dǎo)通壓降VBE9=VON,穩(wěn)壓管的電壓降為VZ,二極管導(dǎo)通壓降為VON,電阻R18的電壓降VR18約為(Von/R17) R18,此時輸入端的信號幅度VX大約為:VCC+VR18+VZ+VBE9+VON,所以當(dāng)輸出1或2端由于接感性負(fù)載,會產(chǎn)生瞬時反向感應(yīng)電動勢而使其電壓上升。當(dāng)高于V x時,V9導(dǎo)通,實(shí)現(xiàn)限幅功能,保護(hù)V7、V10。
驗(yàn)證測試與分析
當(dāng)輸入信號VIN的幅度為12V時,對電路各部分進(jìn)行電路模擬仿真。采用Cadence的Capture CIS仿真軟件Orcad在計算機(jī)上進(jìn)行模擬仿真,仿真結(jié)果如圖6所示。
圖6:電路仿真結(jié)果 圖7:電路實(shí)測圖
采用模擬電路參數(shù)測試的基本方法對樣片電路的驅(qū)動輸出信號等進(jìn)行測試。將設(shè)定的脈沖信號加到輸入端IN1,在輸出1端加上負(fù)載,用示波器測試輸出1端的輸出幅度,即輸出高電平與低電平的電壓差;測試輸出高電平上的尖脈沖幅度,即輸出高電平到輸出尖峰的最大值的差。輸出幅度與限幅電壓實(shí)際測試圖如圖7所示。
從驅(qū)動電路仿真驗(yàn)證結(jié)果和電路實(shí)際測試結(jié)果看出,與輸入輸出時序關(guān)系一致,測試參數(shù)滿足設(shè)計指標(biāo)要求,達(dá)到了設(shè)計的預(yù)期目標(biāo)。
結(jié)論
該電路已應(yīng)用于某武器自動控制裝置,性能滿足要求。其減小了武器系統(tǒng)體積,為系統(tǒng)擴(kuò)展功能,增加戰(zhàn)斗能力提供了可能;使用方便,可作為通用控制電路直接用于其他類似的項(xiàng)目,具有較好的推廣應(yīng)用前景。
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